MITEN SE TOIMII
Automatisoitu rakentaminen

Näin tulostetaan talo

Talojen automatisoitu rakentaminen eli ”tulostaminen” nopeuttaa ja helpottaa rakentamista. Menetelmä soveltuu myös paikkoihin, jonne ihmisrakentajat eivät pääse.

KALEVI RANTANEN  •  OSMO PÄIVINEN, grafiikka

Etelä-Kalifornian yliopiston Behrokh Khoshnevis on talontulostuksen pioneeri. Yliopistoon kuuluva Viterbi School of Engineering on testannut contour crafting -nimistä tulostusmenetelmiä laboratoriossaan jo useita vuosia.

Yleinen kaava on selkeä. Perustus rakennetaan nykyiseen tapaan. Sitten asennetaan kiskot tulostimelle, joka muistuttaa muodoltaan pukkinosturia. Nosturi toimii sekä pursottimien että erilaisten robottien tukikehikkona.

Sitten vain painetaan nappia samaan tapaan kuin konttoritulostimessa. Ohjelma sisältää kaiken tiedon talon rakenteesta ja rakennusvaiheista.

Raaka-aineet siirtyvät sekoitusyksiköstä letkua pitkin tulostuspäähän. Varsinainen rakennustyö aloitetaan kantavien seinien pursottamisesta. Khoshnevisin ryhmä on tutkinut ja kehittänyt pursottimen yksityiskohtia. Tulostuspään lastat muistuttavat muurarien tuhatvuotisia työkaluja, joilla on pystytty tarvittaessa tekemään hyvinkin koristeellisia ja muodoiltaan mutkikkaita rakenteita. Nyt tietokone ohjaa kahta lastaa, joista toinen tekee vaakasuoraa tasoa ja toinen kyljen pintaa.

Yksinkertaisen rakennuksen seinä voidaan tulostaa umpirakenteena yhdestä materiaalista. Asuintalojen seinät ovat kuitenkin tavallisesti monikerroksisia. Silloin tulostin pursottaa esimerkiksi kaksi tasaista seinälevyä ja niiden väliin siksakkina kolmannen levyn, jolloin syntyy aaltopahvia muistuttava rakenne.

Läheskään kaikkea ei kannata tulostaa paikalla, vaan robotti voi kiinnittää osat, jotka on valmistettu muualla. Ovi- ja ikkuna-aukkojen rakentamiseksi robotti asentaa pystysuorien seinien päälle palkkeja. Samalla tavoin se latoo palkkeja ja levyjä välikattoihin.

Kun tulostetaan vajaa tai tallia vaativampia rakennuksia, rakenteiden ja työvaiheiden määrää lisätään. Robotti asentaa harjateräkset tai muut tukiosat seinän sisään ennen massan pursotusta. Samalla tavoin se rakentaa standardiosista vesi- ja viemäriputket sekä sähkö- ja datakaapeloinnin.

Laitteisto myös laatoittaa automaattisesti. Robottikäsi levittää laastin tai muun kiinnitysmateriaalin. Toisen käden imukuppi siirtelee ja asettelee laattoja. Samalla tavoin tehdään myös maalaustyöt; robottikäsi kuljettaa telaa tai ruiskua.

Lasermittausten ansiosta päästään suureen tulostus- ja asennustarkkuuteen. Yksinkertaisen vajan tulostamisessa voi riittää yhden millimetrin tarkkuus, mutta toleranssit voivat olla paljon pienempiäkin. Khoshnevisin mukaan seinä voidaan tarvittaessa tulostaa kahden mikrometrin tarkkuudella.

Tutkimusryhmän tavoitteena on laitteisto, joka tulostaa omakotitalon kokoisen rakennuksen päivässä. Siihen pääsemiseksi on vielä ratkaistava useita ongelmia. Esimerkiksi on kehitettävä nopeasti kovettuvia materiaaleja. Kehitystyössä onkin ollut mukana betoni- ja muita rakennusmateriaali- ja rakennusalan organisaatioita, kuten Caterpillar ja kansainvälinen rakennusteknologiayritys USG. Saksalaisen materiaaliyritys Degussan kanssa Khoshnevis suunnittelee betonia, joka kuivuu heti tultuaan ulos pursottimesta. Myös Yhdysvaltojen laivasto on tukenut hanketta. Sotilaita kiinnostaa mahdollisuus rakentaa asumattomiin paikkoihin tiloja nopeasti.

Yksi yhteistyökumppani on myös NASA, joka suunnittelee rakennusten tulostamista Kuussa. Siellä nopeutta enemmän kiinnostaa mahdollisuus käyttää paikallisia materiaaleja.

Toistaiseksi on keskitytty tekniikan perusteiden luomiseen. Laboratorio on tulostanut kuuden jalan eli noin 180 senttimetrin korkuisia seiniä. Lisäksi se on tehnyt paljon pienoismalleja erimuotoisista rakenteista. Tulostustekniikka lisää vapautta suunnittelussa: kulmia voidaan pyöristää ja katto voi olla holvimainen.

Talontulostushankkeita on käynnissä muuallakin, ainakin Kiinassa, Hollannissa ja Isossa-Britanniassa. Kiinalainen yritys on jo tulostanut rakennuksen osia, ja niistä on koottu valmis talo. Käytetty tekniikka muistuttaa contour crafting -menetelmää.

Amsterdamissa 3D Print Canal House -hankkeen Kamermaker-tulostin rakentaa 13 huoneen hollantilaistaloa biomuovista. Tarkkaa valmistumisaikataulua ei ole ilmoitettu, mutta päivien sijasta puhutaan kuukausista, ehkä vuosista. Koko projektin aikataulu on kolme vuotta. Julkisuutta talo sai paljon heti alussa, kun presidentti Barack Obama tutustui hankkeeseen.

Brittiläinen Monolite puolestaan tulostaa rakenteita keinotekoisesta hiekkakivestä, jota saadaan, kun hiekkajyväset sidotaan yhtiön kehittämällä, koostumukseltaan salaisella liima-aineella.

Contour crafting numeroina

Tulostekerroksen paksuus: muutama senttimetri

Tarkkuus: noin 2 mikrometriä

Talon pinta-ala: 185 m2

Tulostusaika: 20 tuntia

Contour crafting numeroina

Tulostekerroksen paksuus: muutama senttimetri

Tarkkuus: noin 2 mikrometriä

Talon pinta-ala: 185 m2

Tulostusaika: 20 tuntia