「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3次元の固体製品を作ることは、アディティブマニュファクチャリングとしても知られる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。しかし、この定義は現在、選択的レーザー溶融や電子ビームアディティブマニュファクチャリングなど、より広範なアディティブマニュファクチャリングプロセスを包含しています。
1980年代初頭、日本の発明家である小玉秀男は、3次元プラスチックモデルを作成するための2つのアディティブ技術を開発し、これがアディティブマニュファクチャリングのアイデアを生み出しました。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アイテムを生成するために、3Dテクノロジーを搭載したCAD（コンピューター支援設計）を使用します。卓上に収まる小さな建物のモデルから、さまざまなサイズとデザインの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つの基本的なカテゴリがあり、それらはすべてやや異なって動作します。
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。3D建設のアプローチは、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質問が提起されています。しかし、材料の連続した層を重ね合わせることによって3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。この建設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、住宅や居住空間、オフィス、橋、壁、モジュール式構造、補強型、柱、都市家具、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使用できます。
建設にこの技術を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。このセクターはすでにコンピューター支援製造の専門知識を持っており、BIM（Building Information Modeling）が建設業界で盛んであるため、3Dプリンティング技術の統合は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、マシンは信号に従って材料レベルのオーバーレイを開始します。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年間で非常に肯定的な方向に進歩しており、建設業界におけるその市場価値は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動向
建設とより良いインフラストラクチャは、特に大都市でますます需要が高まっています。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が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、これは現在の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、現在世界的に構築されています。ドバイは、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都市の1つであり、この競争をリードすることを選択しています。
図1
図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、輪郭クラフトと呼ばれています。デスクトップFDM 3Dプリンターと同様の機能を果たします。レールは、ノズルから出てくるコンクリートを押し出しながら、ロボットアームが層ごとに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などの工業用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。機械は表面を砂粉でコーティングしてから、バインダーを使用して建設の形状を固めます。これは、金属3Dプリンターの動作に匹敵します。
金属技術
WAAM（Wire Arc Additive Manufacturing）は、橋などのより大きな応力がかかる構造のために、オランダのスタートアップMX3Dによって開発されました。産業用ロボットと溶接機が会社によって組み合わされ、その結果、タスクのため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、3Dプリント金属構造用の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プリンターによって使用されます。
・ BIMへの適応 – BIM 3Dテクノロジーの使用を通じて、建物情報モデリングは建物設計を変革しました。実際に構築される前に、巨大な建物や構造物の画像を表示します。このブレークスルーは、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進歩させることができます。
・ ヒューマンエラーの削減 – 3Dプリンティングの基礎は、人間の影響を受けない事前にプログラムされた自動操作です。これにより、基本的に人によって引き起こされる間違いが排除されます。さらに、3Dプリンターはそれほど多くの人間の監督を必要としません。
・ 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、すぐにグリーンに移行しています。建設会社は、気候変動の意識の高まりの結果として、グリーン建設方法の使用を開始しました。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、3Dプリンターはこの取り組みで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、他の従来の建設技術よりも多くの電気を使用します。そのような高容量で電気を生産することの環境コストに加えて、電力に対するそのような大きな需要を満たすことは高価です。
・ 3Dプリンターは高価です – 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セットアップするために必要な初期投資は重要であり、現在の構成では、主要な建設セクターで実装するには高すぎます。
・ 材料の不足 – 通常の建築資材は、3Dプリンターでは利用できません。まだ広く使用されていない特殊な材料は、3Dプリンターで必要とされます。材料の不足と高価なプリンターのために、材料のコストが大幅に増加するため、大規模な建物に雇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プリントファミリーホーム
3Dプリントされた家は、モスクワでアメリカのテクノロジー企業Apis Corによって建設されました。家は住宅建設で自動化を使用する最初の種類であり、他のコンクリート構造と同一です。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プリントビル
最近、中東、特にUAEでは新しい技術進歩がありました。ギネスブックの世界記録は、エミレーツタワーコンプレックスが世界最大の3Dプリントビルであるという主張を確認し、3Dプリンティングのこの傾向を継続しています。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. 北米およびカリブ海の3Dプリントハウス
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、非営利団体であるNew Storyは、メキシコ初の3Dプリント住宅を記録的な24時間で建設しました。それ以来、同社は2,000戸の住宅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。
未来
世界中でますます多くのプロジェクトが、3Dプリンティング構造には、建設セクターを現在苦しめているいくつかの問題に対処する革新的な、業界を変えるテクノロジーになる可能性があることを示しています。野心は巨大です。たとえば、ドバイの新しい構造の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、建設セクターでの3Dプリンティングの使用には有望な未来があります。
結論
建設業界は、3Dプリンティングには依然として多くの長年の問題があるという事実にもかかわらず、革新の準備ができています。従来の建設方法は、非効率的で、高価で、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ことができる多くの機会があります。
著者：Sonu Kumar Sah
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