建設業に革命を：3Dプリンティングがコスト削減と工期短縮を実現

建設業界は変革期を迎えています。3Dプリンティングにより、ロボットソリューションでコンクリートを押出し、建築プロセスを自動化することで、建物や構造物の建設がより安く、より速く可能になっています。過去5年間で、3D建設印刷（3DCP）は、ヘルスケアや産業など他業界で見られるAM（アディティブ・マニュファクチャリング）アプリケーションの普及と改善に追いつき始め、世界最大級の産業の一つを根本から変えつつあります。

3D建設印刷業界の理解

建設用3Dプリンターは一般的に、ガントリー型セットアップとロボットアームの2カテゴリに分類され、前者が建物構造物全体の現場印刷における主要なソリューションとなっています。また、3D建設印刷業界のプレイヤーは、純粋な技術プロバイダー（COBOD Internationalなど）、自社の専用材料を使用して請負業者としても振る舞うエンドツーエンドのターンキービルディングプロバイダー、または新築建物の建設全般を管理するゼネコンのいずれかに分類されます。

3D建設印刷の利用は、過去5年間で急速に成長しており、建設された建物の数だけでなく、建設される建物や構造物の種類に関しても拡大しています。いくつかの3DCPアプリケーションと事例を挙げると、COBODのマシンだけでも、パートナーによって1〜3階建ての建物（最大4,100平方フィート、約380平方メートル）の印刷に使用されています（例：PERIグループ）。学校（Holcim/14 Trees）、風力タービン塔の基部（高さ30フィート、約9メートル、GEリニューアブルエナジー）、その他6大陸で多くの構造物が建設されています。

住宅建設はこれまで最も関心が高い分野でしたが、3DCPは建物建設総コストの最大45％に対応可能です。これは、仕上げ/表面、窓、ドア、機械・電気・配管などの隠蔽コンポーネントなど、一部のコスト項目には印刷技術がまだ対応できないためです。一方、風力タービン塔のような商業・産業用途では、総コストの最大80％まで対応できます。

3DCP市場はまだ初期段階にあるため、業界の市場規模推定はまだ信頼するには時期尚早です。しかし、建設市場の規模を考慮すれば、建設現場のわずか0.01％で3DCPが使用されただけでも、市場規模は巨大になります。

なぜ3D建設印刷が急成長しているのか？

3DCPには4つの主要なメリットがあります：自動化、スピード、持続可能性の向上、設計自由度の拡大。ここでは最初の2つの利点に焦点を当てます。

自動化によるコスト削減： 建設業界は、全セクターの中で最も自動化・デジタル化が遅れており、生産性向上の大きなポテンシャルを秘めています。1947年から2010年にかけて米国では、製造業で生産性が8倍、農業で16倍向上したのに対し、建設業ではほとんど生産性向上が見られませんでした。この結果とその他の要因により、住宅取得コストは近年劇的に上昇し、供給と需要のミスマッチが拡大し、米国だけで400万戸の住宅不足に直面しています。資材価格の急騰（木材、鋼鉄など）と熟練労働者の一般的な不足によって状況は悪化しています。3DCPだけではこれらすべての構造的問題を解決できませんが、プリンターの操作に3人しか必要としないことで労働力不足に対応し、プロセスを自動化することでコストを削減します。最近では、COBODなどによって、3DCPに高価なモルタルの代わりに普通のコンクリートを使用するソリューションも開発されており、世界で最も安価な建設材料の一つが利用可能になっています。

スピード向上によるプロジェクト迅速化： ますます多くの企業が3DCP技術の習得経験を積むにつれ、一般的な2,000平方フィート（約186平方メートル）の住宅の壁を、わずか5営業日で3Dプリントできる日は遠くありません。従来の工法（木造軸組工法やレンガ積みなど）では、これよりかなり長い時間と多くの作業員を要します。3DCPの習得曲線が容易な例として、2020年にパートナーのPERIグループが最初の建物（ドイツでの2階建て1,700平方フィートの住宅）を3Dプリントするのに36日かかりました。これは1日あたり約50平方フィート（約4.6平方メートル）に相当します。数ヶ月後に完成した2つ目のプロジェクト（はるかに大きい3階建て4,100平方フィートの5戸建てアパート）では、プリント時間をわずか21日に短縮し、1日あたり約200平方フィート（約18.6平方メートル）を達成しました。最初から2つ目のプロジェクトで生産性を4倍に高めました。10番目のプロジェクト、100番目のプロジェクトでは、プリント時間をさらにどれだけ短縮できるでしょうか？ 生産性がさらに2倍になれば（これまでの結果から見て非常にあり得る）、2,000平方フィートの建物を5営業日でプリントする目標が間もなく達成されるでしょう。

建設における3Dプリンティングの未来

3DCPは、建築基準/規格の更新や労働者のスキルアップなど、フルポテンシャルを解き放つための障壁に直面しています。しかし、この技術が建設業界を次の技術的S字曲線へと移行させ、上記のメリットやそれ以上をもたらすことは確実です。

1980年代の最初のPCラップトップや携帯電話と、今日のそれらを比較してください：3DCPも、これらのブレークスルー技術が経験した改善と普及の類似した道筋をたどるでしょう。それは3つの要因によって推進されます。第一に、プリンターがより信頼性が高く、より速くなること。第二に、3Dプリンターの規模が拡大し、より大きなプロジェクトが可能になること。したがって、1年以内に最大5〜6階建ての建物を印刷できるプリンターが登場する可能性が高いです。第三に、新しいユースケースが開発されること。例えば、住宅だけでなく商業ビルや構造物への焦点が強まり、3DCP技術が総コストのより大きな割合をカバーできるようになります。