建設業界は3Dプリントの準備ができていますか？ （2020年更新）

写真提供者：Branch Technology

建設業界は、実行可能な製造技術として3D印刷を採用した最新のものである可能性があります。しかし、このテクノロジーは、設計の柔軟性と高レベルの持続可能性を提供しながら、生産時間とコストを削減することで業界を変革する大きな可能性を秘めています。

3D印刷が業界全体でどのように進化しているかを調査する成熟度チャートで強調されているように、建設部門内の3D印刷は依然として比較的斬新なアプローチであり、克服する前に克服しなければならない多くの課題があります。広く採用されます。

建設業界における3D印刷の現状について詳しく知るために、エンジニアや建築家が利用できる3D印刷の主なメリットとテクノロジー、および建設業界で最もエキサイティングな3D印刷プロジェクトについて説明します。

建設業界は3Dプリントからどのように利益を得ることができますか？

建設業界は、セクターが多くの課題に対処するための解決策を積極的に模索しているときに、3D印刷を採用し始めました。

1つは、建設廃棄物の最小化です。たとえば、建設廃棄物はEUで発生するすべての廃棄物の約30％を占めています。

さらに、エンジニアや建築家は、鋳造プロセスによって提唱される設計の自由度の限界にますます直面しています。

その他の問題には、現場で型枠を製造する際の欠点や、さまざまな材料をある場所から別の場所に輸送する際のハードルが含まれます。

建設業界で3D印刷を使用すると、設計の自由度とより高いレベルの持続可能性と自動化を提供することで、これらの問題のいくつかを解決するのに役立つ可能性があります。

設計の柔軟性

3D印刷は、建築家、エンジニア、デザイナーに革新と創造性の大きな範囲を提供します。この手法を使用すると、従来の工法では不可能な複雑な設計や曲線を作成できます。

材料廃棄物の削減

Additive Manufacturing（AM）は、プロジェクトに必要な正確な量の材料を使用してパーツをレイヤーごとに構築するため、材料の無駄を減らすことももう1つの利点です。これは、特に3D印刷でリサイクルされた地元産の材料を使用できるため、環境にプラスの影響を与える可能性があります。

手作業の削減

建設に自律型または半自律型の3Dプリンターを使用すると、労働集約的な手作業を減らすことができます。印刷プロセスの自動化は、建設現場での人為的ミスや事故や怪我の可能性を減らすことも意味します。

より迅速な構築

一部の建設用3Dプリンターは、現場で動作するように設計されています。これは、プレキャスト型枠の作成など、時間のかかるいくつかの手順を排除するのに役立ちます。

型枠とは、建設において、コンクリートを流し込んで成形する一時的な型枠のことです。型枠は、橋から基礎、建物の壁まで、あらゆるものを作成するために使用され、通常は手動で作成されます。

現在、型枠を使用せずに現場で直接壁を構築するために使用できる3Dプリンターを提供している企業がいくつかあります。これにより、建設プロセスが大幅に加速され、型枠の建設現場への輸送費用も削減されます。

建設部門向けの3D印刷技術

アプリケーションに応じて、構築内でいくつかの異なるAMメソッドを使用できます。

コンクリートの押し出し

使用される主な方法の1つは、ペースト押し出しです。これには、ノズルを備えたロボットアームまたはクレーンを使用して、ペースト状のコンクリートをビルドプラットフォームに押し出します。

これにより、一般的なプラスチックの溶融フィラメント製造（FFF）テクノロジーに似た、建物の輪郭がレイヤーごとに作成されます。

建設業界は、ContourCraftingの創設者であるBherokhKhoshnevisです。 Contour Craftingによって開発された技術は、コンクリート、セラミック、ポリマーなど、さまざまな材料を提供します。

Contour Craftingに加えて、ICON、CyBE、ApisCorなどのコンクリート3D印刷のソリューションを提供している企業もあります。 、いくつか例を挙げると。

ワイヤーアークアディティブマニュファクチャリング

Wire Arc Additive Manufacturing（WAAM）は、金属用途に使用される方法です。

WAAMは、熱源として電気アークを使用して金属線を溶かすことによって機能します。プロセスはロボットアームによって制御され、形状は基板材料（ベースプレート）上に構築され、完成後にパーツを切断できます。

ワイヤーは、溶けたときに、基板上のビーズの形。ビーズがくっつくと、金属材料の層ができます。その後、金属部品が完成するまで、このプロセスが層ごとに繰り返されます。

WAAM装置は、アルミニウム、鋼、チタンなどのさまざまな金属で動作し、この技術を使用して製造できます。大きな構造。この方法の可能性のそのような例の1つは、MX3Dの鋼橋です。

砂バインダーの噴射

バインダージェットは、金型を作成するための建設に使用できます。この技術は、粉末材料の層に液体結合剤を塗布し、それによってそれを結合することによって機能します。

バインダージェットは、コンクリート鋳造用の型枠要素の製造に特に適しています。このアプローチは、リソースを節約するだけでなく、時間とコストも節約するのに役立ちます。

もう1つの利点は、バインダージェットを使用して型枠を3D印刷するときに、複雑さがもはや役割を果たさないことです。曲率、詳細なファサード、またはアンダーカットを簡単に3D印刷して、建設における設計の限界を押し上げることができます。

建設における3Dプリントの最もエキサイティングな例

3Dプリントされた壁

近年、いくつかの企業が3D印刷技術を使用して建物の壁を構築する方法を開発しました。その一例が、5階建てのアパートや12,000平方フィート（1,100平方メートル）の別荘などの大規模な建築物を製造している中国を拠点とする企業、Winsunです。

100メートルを超える長さの大型機械–セメント、砂、繊維の混合物で作られた3Dプリントされた中空の壁。壁は建設現場に運ばれ、補強され、組み立てられました。このような方法の可能性は、時間、労力、材料の大幅な節約につながる可能性があります。

ドバイでの建設3D印刷

世界中に多くの3D建設プロジェクトがありますが、ドバイは現在、建設3D印刷の活動の温床となっています。市は、近い将来、建物の25％を3Dプリントを使用して建設するという野心的な目標を掲げています。

そして、この分野の進歩はすでに明らかです。

たとえば、2019年、米国を拠点とするコンクリート3DプリンターのメーカーであるApis Corは、ドバイ市と協力しました。 2階建てで、非常に複雑な建築物を備えた建物を作成します。

Apis Corは、地元の生産者から調達した、プリンターを通過する石膏ベースの素材を開発しました。

印刷は屋外で行われ、この技術が湿度と温度の制御なしで過酷な環境に対応できることを証明しました。

伝えられるところによると、この建物は、 -サイト3D印刷。

ブリッジ

3D印刷を使用した橋の建設は、建設業界内のさらに別のアプリケーションです。

マドリッドには最初の3D印刷されたコンクリート橋があり、オランダではサイクリストのために長さ8メートルの3D印刷された橋が建設されています。このプロセスには、ロボットが橋のコンクリートブロックを作成するのに、合計3か月かかりました。このブロックは、800層で構成され、組み立てられて橋が作成されました。

さらに、オランダを拠点とするオランダのロボット工学の新興企業MX3Dは、センサーなどのスマートテクノロジーを搭載した3Dプリントのスチールブリッジを開発しています。

ステンレス鋼で作られた橋の湾曲した構造は、AMによって提供される設計の自由を示しています。

2019年、MX3D橋は20トンの最初のテスト段階に合格し、今年後半にアムステルダム運河の最終目的地に配置される予定です。

インテリアデザイン

複雑で複雑な形状を作成する可能性は、インテリアデザイナーにまったく新しい創造性の範囲を開きます。最近の例はBottlepotです。これは、持続可能な素材を使用した3Dプリントのインテリアを備えたロンドンの店舗です。このプロジェクトは、3D印刷を使用して、建設の無駄を減らし、持続可能な設計の未来を形作る方法を示しています。

建築モデル

建設における3D印刷の最大の影響の1つは、建築モデルの作成です。 3D印刷は、モデル作成のための迅速でデジタル化されたプロセスを可能にすることにより、建築モデリングプロセスに革命をもたらしました。

これの追加の利点は、3D印刷により、迅速で費用効果の高い設計の反復が可能になり、プロセスの時間を大幅に節約し、コストを削減できることです。

コンポーネントの構築

3D印刷は、建設に使用される特定のコンポーネントやツールの製造にも適していることが証明されています。

英国を拠点とする請負業者であるSkanskaは、3D印刷を使用して建築部品を製造した最初の企業の1つです。クラッディングのように。

あるプロジェクトでは、Skanskaは3D印刷を使用して、ロンドンの6つのBevisMarksビジネスセンターの屋根用のポリマークラッディングノードを製造しました。このアプローチにより、時間とコストの節約という点で、従来の手法よりも有利な代替手段が導入されました。

3Dプリント型枠

もう1つの例は、ニューヨーク市の42階建ての住宅および商業ビルの大規模な改修プロジェクトで、3Dプリントされた型枠を使用することです。

ゲート・プレキャスト、これまで働いていた会社建物の新しいファサードで、プロジェクト用の木型を作成することは、完了するまでに最大9か月かかる可能性のある主要な作業であることがわかりました。必要な金型は大きく、その中には最大2.6 x 1.7 x 0.5 mの金型があり、生産時間がさらに長くなりました。

プロセスをスピードアップするために、同社は3D印刷を実験することにしました。オークリッジ国立研究所（ORNL）と提携して、BAAMテクノロジーを使用しています。

BAAMのおかげで、同社はそれぞれ8〜11時間の金型を印刷し、さらに8時間の機械加工を行うことができました。目的の表面仕上げ。型は炭素繊維強化ABSで作られました。これは、強度を高めるために細かく刻んだ炭素繊維と混合した一般的な熱可塑性プラスチックです。

その結果、生涯で200ものコンクリート注入をサポートできる強力な型になります。木製の型に15〜20回注ぐのと比較して。

同社は、3D印刷された型とBAAMがなければ、このプロジェクトに必要な時間枠内にフォームを作成することは不可能だったと考えています。

建設業界で3Dプリントを採用する際の課題

AMは建設業界にとって大きな可能性を秘めていますが、それでも広く採用されるまでには多くの障壁があります。

重要な問題の1つは、品質管理です。 3D印刷は、従来の建築材料や方法と比較してどのように機能するかについて疑問を投げかけています。3D印刷された家は、伝統的に建てられた家と同じくらい長持ちしますか？火災や自然災害が発生した場合でも、構造的に健全で安全ですか？

建設の規制は当然のことながら厳格であり、AMが提供する新しい技術と材料は、建築基準とコードにまだ組み込まれていません。

さらに、3D印刷には経験豊富なオペレーターが必要です自動化されたテクノロジーとソフトウェアスキルを最大限に活用するためのトレーニングへの投資を意味します。

克服すべきもう1つの障壁は、3Dプリントできる建設資材の範囲が限られていることです。とはいえ、特にコンクリートやバイオベースの再生可能材料に関して研究が行われています。

建設における3Dプリントの未来

完全に3D印刷された建物のビジョンにもかかわらず、このテクノロジーは、少なくとも短期的には、従来の工法に取って代わることはありません。

AMテクノロジーの最大のユースケースの1つは、AMが提供する設計の自由の利点を活用して、ジョイント、ファサード、型枠などの複雑なコンポーネントを製造することかもしれません。

設計の柔軟性に加えて、現場での3D印刷は、建設現場での無駄を減らすのにも役立ち、より持続可能な未来への良い足がかりとして役立ちます。

見る全体像を見ると、3D印刷は、より持続可能で柔軟性のある自動化された建設技術に徐々に進歩しているため、建設部門における現在の課題に対する重要なソリューションの1つになる可能性があります。