建設業界における3Dプリンティングは実用段階に達したか？ 2020年最新動向

写真提供：Branch Technology

3Dプリンティングは建設業界において変革的な力として台頭しており、より速い建設、コスト削減、前例のない設計自由度を約束しています。まだ初期段階にありますが、この技術はより持続可能で効率的、かつレジリエントなインフラへの明確な道筋を示しています。

建設業界にもたらす3Dプリンティングのメリット

今日の建設セクターは、廃棄物、設計柔軟性の限界、労働力不足、物流のハードルといった喫緊の課題に直面しています。3Dプリンティングは以下の点でこれらに対処します：

設計の自由度

従来工法とは異なり、積層造形はレイヤーごとに造形するため、複雑な幾何学形状、有機的な曲線、これまで不可能だったカスタマイズされたファサードを実現できます。

材料廃棄物の削減

各レイヤーに必要な材料のみを堆積させることで、3Dプリンティングは余剰材料を最小限に抑えます。リサイクル材料や地元調達の原料と組み合わせることで、環境フットプリントを大幅に低減できます。

労働集約的作業の削減

自律・半自律型プリンターが定型作業を人間から機械へ移管し、労働時間を短縮するとともに現場での事故リスクを低減します。

建設期間の短縮

現場設置型3Dプリンターはプレキャスト型枠を不要にし、工期短縮と輸送コスト削減を実現します。多くのコンポーネントで、数週間かかっていた工程が数日で完了します。

建設分野における主要な3Dプリンティング技術

様々な積層造形手法が特定の建設ニーズに対応しています：

コンクリート押出

Contour CraftingのBehrokh Khoshnevis氏が開発したペースト押出方式は、ロボットアームやクレーンを用いてコンクリート、セラミックス、ポリマーを押出します。ICON、CyBe、Apis Corといった主要プレイヤーがプロセスを改良し、鋳造品並みの堅牢な構造物を提供しています。

ワイヤーアーク積層造形（WAAM）

WAAMは電気アークで金属ワイヤーを溶かし、基材上にビード状に積層します。アルミニウム、鋼、チタンに対応し、橋梁（例：MX3Dの鋼橋）のような大型耐荷重部品に適しています。

バインダージェッティングによる型枠製作

バインダージェッティングは粉末材料を液体バインダーで融着させ、コンクリート鋳造用の複雑な金型を作成します。この手法により、複雑なアンダーカットや詳細なファサードが可能になり、製作時間を大幅に短縮できます。

実プロジェクトにおける3Dプリンティングの事例

3Dプリント壁体

中国のWinsunは、全長100メートルのプリンターで中空のセメント・砂・繊維混合壁を造形し、5階建てアパートと12,000平方フィートのヴィラを建設しました。これらの壁は現場へ輸送され、鉄筋を入れて組み立てられ、労働力と材料使用量を削減しました。

ドバイの野心的なビジョン

ドバイは新築建物の25%を3Dプリント化することを目標としています。2019年、Apis Corがドバイ自治体と提携し、現地調達の石膏ベース材料を用いて、建築的に複雑な2階建てビルを現場で造形しました。屋外造形は過酷な気候への耐性を実証しました。

橋梁

マドリードでは世界初の3Dプリントコンクリート橋が完成。オランダでは800個のプリントブロックを3か月かけて組み立てた8メートルの自転車橋が登場。MX3Dの鋼橋はセンサーを搭載し、20トンの荷重試験を経てアムステルダムの運河への設置が予定されています。

インテリアデザイン

ロンドンのBottlepot店舗は持続可能なポリマーを用いた完全3Dプリント内装を実現し、積層造形が廃棄物削減と芸術的表現の両立を可能にすることを示しました。

建築模型

3Dプリンティングは模型製作に革命をもたらし、迅速かつコスト効率に優れたプロトタイプにより設計イテレーションを加速し、開発期間を短縮しています。

建築部品

英国のSkanskaは「6 Bevis Marks」ビジネスセンターのポリマー製クラッディングノードを製作し、大規模ファサード要素への3Dプリンティングの実用性を証明しました。

3Dプリント型枠

Gate Precastはオークリッジ国立研究所と協働し、BAAM技術で炭素繊維強化ABS金型を造形、ニューヨークの42階建てビルで使用しました。各金型は8〜11時間で造形、8時間で機械加工が完了し、最大200回のコンクリート打設に対応——木製金型の10倍の耐久性です。

普及を阻む壁

その可能性にもかかわらず、3Dプリンティングにはハードルがあります：

• 品質保証 — 3Dプリント住宅は従来工法と同等の耐久性があるか？ 耐火・耐震・長寿命基準を満たすための継続的な試験が不可欠です。
• 法規制の空白 — 新材料・新工法に対応するため建築基準法の進化が必要です。
• スキル要件 — オペレーターと設計者には専門トレーニングが必要で、初期投資が増大します。
• 材料の制約 — 現在の原料は限定的；コンクリート配合やバイオベース複合材の研究が進んでいます。

建設分野における3Dプリンティングの未来

全面的な「全造形ビル」は長期目標です。短期的には、継手・ファサード・型枠といった複雑なコンポーネントの製造で積層造形が威力を発揮し、設計自由度を活かしながら廃棄物を削減します。現場造形は業界をより持続可能で柔軟、自動化された方向へ徐々にシフトさせるでしょう。