「未来を築く：建設における3Dプリンティングの可能性を探る」
コンピューター支援のデジタルファイルから三次元の固体製品を作ることは、積層造形としても知られる3Dプリンティングとして知られています。
当初、「3Dプリンティング」という用語は、インクジェットプリンターヘッドを使用して、粉末床にバインダー材料の層を重ねて堆積させるプロセスを指していました。ただし、現在では、選択的レーザー溶融や電子ビーム積層造形など、より広範な積層造形プロセスを包含する定義となっています。
1980年代初頭、日本の発明家、小玉秀男が3次元プラスチックモデルを作成するための2つの積層造形技術を開発し、積層造形のアイデアが生まれました。彼は光硬化性熱硬化性ポリマーを使用して3Dプリント構造を作成しました。
サンプルレポートへのアクセス（グラフ、チャート、図を含む）： https://univdatos.com/report/3d-printing-filament-material-market/get-a-free-sample-form.php?product_id=35768
3Dプリンターとは？
簡単に言うと、3Dプリンターは、溶融プラスチック、粉末、コンクリートなど、さまざまな材料から3Dアイテムを作成するために、3Dテクノロジーを搭載したCAD（コンピューター支援設計）を採用しています。卓上に置ける小さな建物モデルから、サイズや設計がさまざまな3Dプリンターを使用して、3Dプリントされた家を作成できます。3Dプリンターには3つの基本カテゴリーがあり、それぞれ動作が多少異なります。
3Dプリンターの種類
· 光造形（SLAプリンター） – 光造形（SLA）技術を使用する3Dプリンターは、液体の樹脂をプラスチックに変えることができます。
· 選択的レーザー焼結（SLSプリンター）– SLSプリンター（選択的レーザー焼結）：これらのプリンターは、レーザーを使用してポリマー粉末粒子を焼結して固体構造にします。
· 熱溶解積層法（FDMプリンター）– これらのプリンターは、加熱されたノズルから溶融した熱可塑性フィラメントを放出することにより、層状のものを作成します。この3D構造のアプローチは、これらのプリンターが最も頻繁に使用される場所です。
3Dプリンティングは建設業界にどのように適用されますか？
1980年代以降、3Dプリンティング技術についていくつかの疑問が提起されてきました。しかし、材料の連続的な層を重ね合わせることによって三次元オブジェクトの構築を可能にする方法自体の進歩により、その関連性が高まっています。この構築方法は非常に適応性があり、特定のプロジェクト要素の構築だけでなく、家や居住空間、オフィス、橋、壁、モジュール構造、補強型、柱、都市家具、さらには装飾要素など、さまざまな複雑な構造全体を構築するためにも使用できます。
この技術を建設に実装するために必要な知識のかなりの部分は、設計段階から得られます。3Dプリンティング技術の統合は、この分野がすでにコンピューター支援製造の専門知識を持ち、BIM（Building Information Modeling）が建設業界で盛んになっているため、それほど難しくありません。3Dプリンターは、CADまたはBIMプログラムから必要な情報を取得し、機械は信号に従って材料レベルを重ね合わせ始めます。これはさまざまな材料を使用して実行でき、最も一般的なのは砂、繊維、ジオポリマー、コンクリートのブレンドです。
Research and Marketsの調査によると、3Dプリンティングは過去10年間で非常にポジティブな方向に進歩しており、建設業界における市場価値は2028年までに最大1,034,096.7千米ドルに達すると予測されています。これにより、2021年から2028年までの複合年間成長率は91.5％増加します。
建設における3Dプリンティングの世界的な状況
建設とより良いインフラストラクチャに対する需要は、特に大都市でますます高まっています。人口のわずか3％が都市に住んでいた1800年と比較して、1900年までに都市に住む人々は15％増加しました。世界経済フォーラムは、2050年までに、世界の人口の3分の2が主要都市に居住すると予測しており、現在の55％のシェアから増加しています。
3Dプリンティングの使用をサポートする多数の政府イニシアチブが、現在グローバルベースで構築されています。2030年までに建物の25％を3Dプリンティング技術で作成する必要があるドバイは、このレースをリードすることを選択した都市の1つです。
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展示2
建設における3Dプリンティングで利用可能なテクノロジー
ロボットアームエクストルーダー
ロボットアームエクストルーダーは、現在市場に出回っている3Dプリンティング技術の中で人気があります。この技術は、輪郭クラフティングと呼ばれています。デスクトップFDM 3Dプリンターと同様に機能します。レールは、ロボットアームがノズルから出てくるコンクリートを押し出しながら、層ごとにレールを通過できるようにパターンで設定されています。このXL建物の3Dプリンティング方法は最も人気があります。
砂を使用した3Dプリンティング
SLS（選択的レーザー焼結）やJet Fusionなどの産業用3Dプリンティングプロセスは、ここで説明する3D手順に匹敵します。彼のD-Shape 3Dプリンターでテストしたのは、イタリアの建築家エンリコ・ディーニが最初でした。機械は建設物の形状をバインダーで固める前に、表面を砂の粉でコーティングします。これは、金属3Dプリンターの操作に匹敵します。
金属技術
WAAM（ワイヤアーク積層造形）は、橋梁などのより大きな応力がかかる構造物向けに、オランダのスタートアップ企業MX3Dによって開発されました。産業用ロボットと溶接機が同社によって組み合わされ、その結果、タスク用に特別に作成されたソフトウェアで動作する3Dプリンターが誕生しました。ロボットは、金属構造物を3Dプリントするための6軸構成を備えています。
建物への3Dプリンティングの利点
· 設計の柔軟性の向上 – 複雑な設計の作成は、3Dプリンティングが対処できる重要な建築上の課題です。複雑で困難な設計を実行するようにプログラムできるコンピュータープログラムは、建物の3Dプリンターで使用されます。
· BIMへの適応 – BIM 3Dテクノロジーの使用を通じて、Building Information Modelingは建築設計を変革しました。実際に建設される前に、巨大な建物や構造物の画像を表示します。この画期的な進歩は、BIMと統合し、ほぼ完璧な精度で複雑な設計を実行することにより、建設3Dプリンティングによって促進できます。
· 人為的ミスの削減 – 3Dプリンティングの基礎は、人間の影響を受けない事前プログラムされた自動操作です。これにより、基本的に人間が原因で発生するミスがなくなります。さらに、3Dプリンターは多くの人間の監視を必要としません。
· グリーンビルディング建設の支援 – 最も人気のあるタイプの建物は、急速にグリーンに移行しています。気候変動に対する意識の高まりにより、建設会社はグリーン建設方法の使用を開始しました。3Dプリンターは、廃棄された再利用された建設資材を使用して3Dプリント構造を製造することにより、この取り組みにおいて重要な役割を果たすことができます。
3Dプリント構造の欠点
· 高い消費電力 – 3Dプリンターは、他の従来型の建設技術よりも多くの電気を使用します。このような高容量で電気を生成することによる環境コストに加えて、そのような大きな電力需要を満たすには費用がかかります。
· 3Dプリンターは高価です – このテクノロジーはまだ初期段階にあるため、現在3Dプリンティングを使用することは経済的に実行可能ではありません。構造物を構築するための3Dプリンティング施設を設置するために必要な初期投資は大きく、現在の構成では、主要な建設部門に実装するには費用が高すぎます。
· 材料の不足 – 通常の建築資材は、3Dプリンターで使用できません。まだ広く使用されていない特殊な材料は、3Dプリンターで必要です。材料の希少性とそのために大幅なコスト増、そして高価なプリンターのため、大規模な建設に採用することはできません。
建設における3Dプリンティングの市場規模
1. モスクワの3Dプリントされた家族の家
3Dプリントされた家は、アメリカのテクノロジー企業Apis Corによってモスクワに建設されました。この家は、住宅建設に自動化を使用した最初の種類の家であり、他のコンクリート構造物と同一です。総建設費は10,000ドル未満でした。
2. ドバイの世界最大の3Dプリントされた建物
最近、中東、特にUAEで新しい技術の進歩が見られました。ギネス世界記録はすでに、エミレーツタワーコンプレックスが世界最大の3Dプリントされた建物であるという主張を確認しており、3Dプリンティングのこの傾向が続いています。Apis Corによって建設された2階建ての建物は、表面積が640 m2、高さが9.5 mです。
3. 北米とカリブ海の3Dプリントされた家
世界中のコミュニティや非営利団体は、手頃な価格の住宅危機を解決するために、コンクリート3Dプリンティング技術を採用しています。たとえば、非営利団体のNew Storyは、記録的な24時間でメキシコ初の3Dプリントされた家を建設しました。それ以来、同社は2,000戸の家がある近隣地域を建設しており、そのすべてが3Dプリンティング建設技術を使用して建設されました。
今後
世界中で増え続けるプロジェクトは、3Dプリント構造が革新的な業界を変える可能性のあるテクノロジーであり、現在建設部門を悩ませているいくつかの問題に対処することを示しています。野心的なレベルは非常に高く、たとえば、ドバイの新しい構造物の25％は2030年までに3Dプリントされると予想されています。控えめに言っても、建設部門での3Dプリンティングの使用は有望な未来を秘めています。
結論
建設業界はイノベーションの準備ができていますが、3Dプリンティングにはまだ多くの長年の問題があります。従来の建設方法は、非効率的で、費用がかかり、時間がかかり、環境に有害である可能性があります。3Dプリンティングの精度、速度、信頼性のおかげで、土木技師はこれらの課題に対処し、住みやすい構造の設計と建設を容易かつ手頃な価格にするための多くの機会があります。
著者：Sonu Kumar Sah
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