「未来を創造する：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デジタルファイルから三次元の固体製品を製造することは、3Dプリンティング、別名アディティブ・マニュファクチャリングと呼ばれます。
当初、この用語「3Dプリンティング」は、インクジェットプリンターヘッドを使用して、結合材を粉末床に層ごとに堆積させるプロセスを指します。しかし、現在では、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児玉秀雄は、三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概念を生み出しました。彼は、光硬化性の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CAD（Computer Aided Design：コンピュータ支援設計）を採用し、3D技術によって駆動され、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アイテムを製造します。3Dプリントされた家は、卓上に収まる小さな建築モデルから、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作成できます。3Dプリンターには3つの基本カテゴリがあり、すべて多少異なる方法で動作します。
3Dプリンターの種類
・光造形（SLAプリンター）– ステレオリソグラフィー（SLA）技術を使用する3Dプリンターは、液体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固体構造に焼結します。
・熱溶解積層（FDMプリンター）–これらのプリンターは、加熱されたノズルを通して溶融熱可塑性フィラメントを放出することにより、層状の物体を作成します。これらのプリンターは、3D建設アプローチが最も頻繁に採用されている場所です。
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関しては、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を構築できる、この方法自体の進歩は、その関連性を高めています。この建設方法は非常に適応性が高く、個々のプロジェクト要素だけでなく、家や生活空間、オフィス、橋、壁、モジュール構造、補強金型、柱、都市の家具、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大部分は、設計段階から得られます。建設業界ではすでにコンピュータ支援製造に関する専門知識があり、BIM（Building Information Modeling：ビルディングインフォメーションモデリング）が盛んになっているため、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を重ね始めます。これはさまざまな材料を使用して行うことができ、最も一般的な材料は砂、繊維、ジオポリマー、コンクリートの混合物です。
Research and Marketsの調査によると、3Dプリンティングはこの10年間で非常に肯定的な方法で進歩しており、建設業界におけるその市場価値は2028年までに最大USD $1,034,096.7千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が91.5%増加します。
建設における世界的な3Dプリンティング
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%しか都市に住んでいなかった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。2050年までに、世界経済フォーラムは、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%の割合から増加します。
3Dプリンティングの使用を支援する多くの政府イニシアチブが現在、世界規模で構築されています。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、このレースをリードすることを選択しています。
展示1
展示2
建設における3Dプリンティングに利用可能な技術
ロボットアーム押出機
ロボットアーム押出機は、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。この手法は、コンタークラフティングと呼ばれています。これは、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層ごとに押出しながら通過できるようにパターン化されています。この3DプリンティングXLビルの方法は最も一般的です。
砂を使った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、ここで説明されている3D手順に匹敵します。最初にD-Shape 3Dプリンターでこれを試したのは、イタリアの建築家エンリコ・ディーニでした。機械は、結合材を使用して構造の形状を固める前に、表面を砂粉末でコーティングします。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：ワイヤーアークアディティブマニュファクチャリング）は、オランダのスタートアップMX3Dによって、橋などのより高負荷構造向けに開発されました。同社は、産業用ロボットと溶接機を組み合わせ、その結果、この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プリンターが実現しました。このロボットは、金属構造の3Dプリンティング用の6軸構成を備えています。
建物の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ています。
・BIMへの適応–BIMは、3D技術の使用を通じて、ビルディングデザインを変革しました。これは、実際に建設される前に、巨大な建物と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発展させることができます。
・人的ミスの削減–3Dプリンティングの基盤は、人間の影響を受けない、事前プログラムされた自動化された操作です。これは本質的に、人々によって引き起こされるミスを排除します。さらに、3Dプリンターは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への支援 –最も人気のあるタイプの建物は、急速にグリーンへと移行しています。建設会社は、気候変動に対する意識の高まりから、グリーン建設手法を採用し始めました。廃棄された建設資材を再利用して3Dプリント構造物を製造することにより、3Dプリンターは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プリント構造物の欠点
·高い電力消費 –3Dプリンターは、他の従来の建設技術よりも多くの電力を消費します。これほど高い能力で発電することによる環境コストに加えて、このような大きな電力需要を満たすことは高価です。
·3Dプリンターの高コスト –技術がまだ初期段階にあるため、現時点では3Dプリンティングを使用することは経済的に実現可能ではありません。建物の構造物を構築するための3Dプリンティング施設を設立するために必要な初期投資は大きく、現在の構成では、主要な建設部門で実装するには高価すぎます。
·材料の不足 –通常の建築材料は3Dプリンターでは使用できません。3Dプリンターには、まだ広く使用されていない特殊な材料が必要です。材料の希少性と高価なプリンターにより材料コストが大幅に増加するため、大規模な建物にそれを使用することは実現可能ではありません。
建設における3Dプリンティングの市場規模
1. 3Dプリントされたモスクワのファミリーホーム
アメリカのテクノロジー企業Apis Corによって、モスクワに3Dプリントされた家が建設されました。この家は、住宅建設に自動化を使用する最初の家であり、他のコンクリート構造物と同一です。建設の総費用は10,000ドル未満でした。
2. ドバイの世界最大の3Dプリント建造物
最近、中東、特にUAEで新しい技術進歩がありました。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プリント建造物であるという主張を検証しており、3Dプリンティングのこの傾向を続けています。Apis Corによって建設されたこの2階建ての建物は、表面積640 m2、高さ9.5 mです。
3. 北米およびカリブ海の3Dプリント住宅
世界中のコミュニティと非営利団体が、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、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戸の住宅を備えた近隣地域を建設し、すべて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
世界中で増え続けるプロジェクトは、3Dプリンティング構造物が建設部門を悩ませているいくつかの問題に対処する、革命的で業界を変える技術になる可能性を示しています。その野心は膨大です。たとえば、ドバイでは2030年までに新築構造物の25％が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、建設部門における3Dプリンティングの使用は有望な未来を持っています。
結論
3Dプリンティングにはまだ多くの長年の問題があるにもかかわらず、建設業界はイノベーションの準備ができています。従来の建設方法は、非効率的で、コストがかかり、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、おそらく住みやすい構造物の設計と建設をより簡単かつ手頃な価格にするための多くの機会を得ています。
著者：Sonu Kumar Sah
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