Agnieszka Błońska o druku 3D w architekturze: Ekologia, innowacje i wyzwania dla architektów
Autor: projekt i wizualizacja: Aga Blonska Studio
Koncept fasady ceramicznej wykonanej metodą druku 3D. Projekt zakłada drukowanie 3D płyt fasadowych z materiału typu Geopolimers. Druga metoda wykonania projektu to prawidła wykonane z wosku (odzyskiwalne w 100%) i ekologiczny beton natryskowy
Jak druk 3D rewolucjonizuje architekturę? O swojej drodze zawodowej, innowacyjnych materiałach i wyzwaniach tej technologii opowiada architektka Agnieszka Błońska.
Spis treści
- Jak wyglądała Pani droga zawodowa, która doprowadziła Panią do wąskiej specjalizacji wykorzystania druku 3D w architekturze?
- Jakie są Pani zdaniem największe zalety wykorzystania druku 3D w architekturze?
- Jak wygląda proces projektowy z wykorzystaniem druku 3D?
- Jakie wyzwania, według Pani, napotykają architekci i inżynierowie przy wprowadzaniu druku 3D do swoich projektów budowlanych?
- Jakie materiały do druku 3D pojawiły się na rynku w ostatniej dekadzie? Jak wpływają na możliwości zastosowania i jakość druku 3D w architekturze?
- Wiele z Pani projektów dotyczy fasad drukowanych 3D. Czy są one pewną prezentacją potencjału tej technologii, czy też decyzja o wykonaniu elementów fasady w druku 3D jest związana z innymi czynnikami?
- Równocześnie z rozwojem technologii powstają nowe materiały stosowane w druku 3D. Która kombinacja ich obu w Pani ocenie jest najbardziej ekonomiczna?
- Czy widzi Pani potencjał w druku 3D bezpośrednio na placu budowy? Jakie przeszkody techniczne i logistyczne należy pokonać, aby stało się to standardem?
- Jakie są największe ograniczenia zastosowania technologii druku 3D w realizacji skomplikowanych i dużych konstrukcji architektonicznych?
- Jakie umiejętności i wiedza są niezbędne dla architektów, aby efektywnie korzystać z technologii druku 3D w swojej pracy?
- Jak druk 3D wpływa na zrównoważony rozwój i ekologię w budownictwie?
Jak wyglądała Pani droga zawodowa, która doprowadziła Panią do wąskiej specjalizacji wykorzystania druku 3D w architekturze?
Moje zamiłowanie do architektury futurystycznej i koncepcyjnej rozwinęło się podczas studiów, gdy brałam udział w wielu konkursach dotyczących wizji przyszłości architektury. Po ukończeniu studiów na kierunku architektura i urbanistyka na Uniwersytecie Artystycznym w Poznaniu przeprowadziłam się do Warszawy, gdzie rozpoczęłam karierę architektki. Po pięciu latach poczułam potrzebę rozwijania się w przestrzeni eksperymentalnej i innowacyjnej. Nie mogąc znaleźć odpowiednich możliwości w Polsce, przeprowadziłam się do Niderlandów, gdzie pracowałam w biurze specjalizującym się w projektach zrównoważonych i eksperymentalnych. Tam zgłębiałam wiedzę na temat przyszłości architektury.
W 2016 r. druk 3D w architekturze był nowością, a biuro, w którym pracowałam, dopiero zaczynało wdrażać tę technologię. Początkowo używaliśmy drukarek przeskalowanych z systemu Ultimaker. Co ciekawe, ich obudowa była wykonana z morskich kontenerów. Niedługo potem pojawiły się roboty, które otworzyły nowe możliwości. Nasz zespół składał się z architektów i inżynierów specjalizujących się w projektowaniu oprogramowania, obsłudze robotów i projektowaniu parametrycznym. Ja objęłam stanowisko architektki i projektantki druku 3D, co okazało się idealnym połączeniem. Byłam jedną z niewielu osób z dużym doświadczeniem w tradycyjnej architekturze, a to pomogło mi stworzyć nowy system pracy. Opiera się on na współpracy wszystkich stron projektu przypominającej projektowanie produktu. Dziś, w mojej własnej praktyce Aga Blonska Studio, propaguję tę metodę w projektach z firmami produkcyjnymi i uniwersytetami.
Jakie są Pani zdaniem największe zalety wykorzystania druku 3D w architekturze?
Przede wszystkim technologia druku 3D pozwala na kontrolowanie zużycia materiału i jego odzyskiwanie. Materiał jest przygotowywany na bieżąco, nie ma zatem konieczności jego magazynowania. Dostawcy materiału często są wybierani ze względu na lokalizację blisko budowy, a to przyczynia się do zrównoważonego transportu. Istnieje wiele metod druku 3D, ale w architekturze skupiamy się głównie na ekstrudowaniu, co zapewnia dostęp do odpowiednich materiałów. Najczęściej wybieranym jest beton, umożliwiający budowę całych budynków.
Jak wygląda proces projektowy z wykorzystaniem druku 3D?
W tej technologii budynek jest produkowany przez roboty, co ogranicza potrzebę dokładnego opisu i objaśniania szczegółów, a dzięki temu pozwala zminimalizować dokumentację projektową. Przy druku 3D można również znacznie zmniejszyć liczbę pracowników, a to sprzyja wysokiej jakości wykonania. Projektowane ruchy drukarki są wcześniej skoordynowane na podstawie symulacji ruchu urządzenia.
W tej technologii powstają budynki prefabrykowane i drukowane 3D na miejscu budowy. Obie metody mają swoje zalety i wady, głównie związane z utwardzaniem betonu i łączeniem elementów. Wielkoskalowy druk 3D sprawdza się również w pojedynczych rozwiązaniach, takich jak fasady, klatki schodowe, meble miejskie czy mała architektura, gdzie możliwe jest zdemontowanie i ponowne wydrukowanie elementów. Dzięki komputerowej precyzji można dopasować dany element z dokładnością nawet co do milimetrów.
Zainteresowanie drukiem 3D stale rośnie, a same drukarki można zamówić na dowolną lokalizację. Takie projekty, jak te realizowane przez BIG, MVRDV, Zaha Hadid Architects czy Foster + Partners, prezentują nowoczesne formy i ekologiczne materiały, pokazując potencjał druku 3D w architekturze.
Jakie wyzwania, według Pani, napotykają architekci i inżynierowie przy wprowadzaniu druku 3D do swoich projektów budowlanych?
Podstawowym wyzwaniem jest innowacja. Nowe technologie wymagają dokształcania się i otwartości na zmiany. Z mojego doświadczenia wynika, że zarówno architekci, jak i inżynierowie dzielą się na tych, którzy lubią wyzwania, i tych, którzy wolą pozostać przy swoich bezpiecznych metodach. Druk 3D z pewnością wymaga zaufania do nieznanych metod i otwartości na współpracę również w relacjach projektanta z inwestorami i wykonawcami.
Polecany artykuł:
Jakie materiały do druku 3D pojawiły się na rynku w ostatniej dekadzie? Jak wpływają na możliwości zastosowania i jakość druku 3D w architekturze?
Najczęściej używanym materiałem do realizacji budynków w tej technologii jest beton. Czołowymi dostawcami na rynku są takie firmy, jak PERI, Sika i Holcim. Materiały do druku 3D są w większości tworzone z myślą o równoważeniu i możliwości odzysku. W najnowszych trendach digital fabrication nie ma miejsca na rozwiązania szkodzące środowisku. Aczkolwiek, jak wszędzie, tak i tu zdarza się greenwashing. Zadaniem architektów jest weryfikacja świadectw i dopytywanie firm o rzeczywiste obliczenia wydajności materiałów, wskazane m.in. w Life Cycle Analysis i raportach ESG.
W ostatnich latach pojawiła się możliwość zastosowania ziemi w wielkoskalowym druku 3D. Ceramika, znany materiał architektoniczny, zyskuje w tej metodzie kolejny potencjał dzięki nowym technologiom formowania. Z kolei lista materiałów stosowanych do wykończenia wnętrz powiększa się z roku na rok.Znajdują się na niej różne rodzaje odzyskiwanego plastiku, drewno, mączki ziemniaczana i kukurydziana, stal, aluminium, glina, piasek i kamień.
Materiały dobiera się pod względem ich właściwości, m.in. odporności ogniowej, a także rodzaju realizowanego obiektu. Technologia użyta w projekcie ma znaczenie dla odbioru i efektu estetycznego budynku. Na przykład przy druku ekstrudowanym powstaje efekt warstw i linii. W druku z materiałów pudrowych warstwy są niewidoczne, a obiekt często trudno rozpoznać jako wykonany techniką druku 3D.
Wiele z Pani projektów dotyczy fasad drukowanych 3D. Czy są one pewną prezentacją potencjału tej technologii, czy też decyzja o wykonaniu elementów fasady w druku 3D jest związana z innymi czynnikami?
Uważam, że panele fasadowe wykonane metodą druku 3D są obecnie najłatwiejsze do wprowadzenia na rynek, stąd też wiele projektów prezentuję właśnie w ten sposób. Fasady są częścią estetyczną, ale również techniczną obiektów architektonicznych. To od nich zależą czynniki termodynamiczne, akustyka oraz ochrona przed warunkami atmosferycznymi. Znajdują się w nich skomplikowane detale połączeń wnętrza i zewnętrza. Przy odpowiednim projektowaniu druku 3D i użyciu innowacyjnych materiałów możliwe jest spełnienie wszystkich wymagań technicznych przy jednoczesnym osiągnięciu unikatowego wyglądu. Ponadto jest to jedna z największych powierzchni, na której możemy zastosować ekologiczne materiały, służące ludziom zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz budynku.
Równocześnie z rozwojem technologii powstają nowe materiały stosowane w druku 3D. Która kombinacja ich obu w Pani ocenie jest najbardziej ekonomiczna?
W druku 3D wielkoskalowym materiały są często tańsze od technologii, ale jest to również zależne od wymaganego wykończenia. Dlatego niezbędne staje się dostosowanie technologii i materiału do indywidualnego projektu. Obecnie najbardziej ekonomiczne rozwiązania zewnętrzne to beton i ceramika, a w przypadku wnętrz – pył drzewny, ceramika oraz piasek kwarcowy. Prace nad obniżeniem kosztów tej metody wytwarzania trwają nieustannie, a ich ceny spadają z każdą innowacją. Co ważne, przy dużych zamówieniach firmy produkujące technologią druku 3D są skłonne do negocjacji cen. Myślę, że dla wielu architektów i inwestorów szukających wyjątkowego wyglądu fasady dużym plusem będzie możliwość uzyskania innej formy fasady na każdym metrze kwadratowym praktycznie za tę samą cenę, oczywiście pod warunkiem zachowania odpowiednich zasad projektowania.
Czy widzi Pani potencjał w druku 3D bezpośrednio na placu budowy? Jakie przeszkody techniczne i logistyczne należy pokonać, aby stało się to standardem?
Technologia druku 3D bezpośrednio na placu budowy ma w moim przekonaniu duży potencjał, zwłaszcza w przypadku druku z wykorzystaniem ziemi, ponieważ pozyskuje się ją bezpośrednio z terenu budowy. Przy użyciu takich materiałów jak beton przeszkodą może być klimat, w którym projekt jest realizowany. Na przykład w krajach arabskich, gdzie temperatura powietrza jest wysoka, częściej stosuje się prefabrykację. W przypadku takich lokalizacji jak Niderlandy wyzwaniem przy stosowaniu druku bezpośrednio na budowie może być prędkość wiatru. Trudności przy wykorzystaniu elementów prefabrykowanych są takie jak zawsze, czyli wielkość i waga elementów dostosowana do transportu.
W ramach przygotowania budowy pod druk 3D często stosuje się rozwiązania służące dobremu utwardzeniu materiału, m.in. wokół suwnic, po których drukarka się porusza, montuje się rusztowania zapewniające ochronę przed słońcem, deszczem i wiatrem. Przy postępującym rozwoju innowacji w zastosowaniu materiałów do druku 3D myślę, że niebawem i ten problem zostanie rozwiązany. Polska, z uwagi na swój klimat, mogłaby swobodnie stosować zarówno drukowanie 3D na terenie budowy, jak i metodę prefabrykatów.
Polecany artykuł:
Jakie są największe ograniczenia zastosowania technologii druku 3D w realizacji skomplikowanych i dużych konstrukcji architektonicznych?
Obecnie jednym z najistotniejszych wyzwań przy zastosowaniu stacjonarnych drukarek 3D na terenie budowy jest wysokość budynku. Suwnice mogą być podnoszone w górę, ale to wymaga nowych rozwiązań i wiąże się z wyzwaniami. Najnowsza i zarazem najwyższa budowla ma trzy piętra, więc na to rozwiązanie można już liczyć. W przypadku elementów prefabrykowanych z druku 3D jest to o wiele prostsze, ponieważ te są tworzone z bloków, które później łączy się w jedną całość. W tym przypadku wyzwaniem może być transport i wielkość obiektów, które trzeba odpowiednio wyliczyć, aby zachować zrównoważenie.
Jakie umiejętności i wiedza są niezbędne dla architektów, aby efektywnie korzystać z technologii druku 3D w swojej pracy?
Z pewnością do druku 3D przyda się znajomość programów Rhinoceros3d i Grasshopper. Model 3D oddany do druku powinien być bardzo precyzyjny, ponieważ każdy uskok na formie będzie powtórzony w ruchu drukarki, a im większa drukarka, tym skala tego błędu się powiększa. Istotne są zatem dbałość o detale i precyzja w modelowaniu 3D. Na niektórych uczelniach, takich jak MIT, School of Disruption czy IaaC, można już znaleźć kursy przybliżające tę technologię. Same firmy dostarczające drukarki 3D, np. COBOD, WASP czy Cybe Construction, mają swoje kursy dla operatorów drukarek.
Jak druk 3D wpływa na zrównoważony rozwój i ekologię w budownictwie?
Trend wykorzystania w architekturze druku 3D rozwija się z ukierunkowaniem na założenia zrównoważonego rozwoju i w poszanowaniu środowiska naturalnego. Ponieważ jest to droga technologia, firmy konkurują, oferując coraz lepsze rozwiązania. Na przykład możliwe jest już drukowanie przy użyciu betonu odzyskanego z gruzów. Wspomniane zastosowanie ziemi jest również godne uwagi, ponieważ w tym przypadku korzysta się ze spoiw naturalnych, a powstała konstrukcja jest przygotowana do odzysku, jeśli budynek przestanie być używany. W druku 3D zużycie materiału i wody jest znacznie bardziej kontrolowane, ponieważ jest to produkcja zdigitalizowana. Projekt takiego budynku ma zminimalizowaną dokumentację i pozostaje w przestrzeni komputerowej praktycznie do samego końca, co umożliwia wcześniejsze zastosowanie symulacji konstrukcji i wykończeń. Takie obliczenia pomagają w oszacowaniu ilości materiału oraz jego optymalizacji. Podsumowując, nie tylko materiały są bardziej ekologiczne, ale cały system umożliwia mniejsze ich zużycie i zminimalizowanie odpadów.Obserwując silny rozwój nurtu zrównoważonego budownictwa w Polsce, czekam na odwagę inwestorów do zastosowania innowacji, takich jak wielkoskalowy druk 3D. Myślę, że świetnie sprawdziłby się w kontekście rosnącej świadomości Polaków dotyczącej ochrony środowiska oraz ich zainteresowania szybkim rozwojem.
