「マスカスタマイゼーションによる形状の自由」: 3D プリンティングの技術的課題

ArchDaily で 3D プリンティングのタグを参照すると、このテクノロジーが信じられないほど速いペースで開発されていることがわかります。初期にはこのコンセプトを遠い将来の可能性として、または小規模な例として観察していましたが、近年では、建物全体が印刷され、ますます複雑なボリュームが作成されるのが観察されています。コンピュータファイルを読み取って開発されたこの製造は、コンクリートやその他の建築材料を使用した積層造形によって実行されますが、建設技術の普及を可能にする効率的なプロセスを提供するには多くの困難が伴います。たとえば、Huizenprinters コンソーシアムによって印刷されたパビリオンは、このプロセスをよく示しています。

このプロセスは 2018 年にロボット積層造形開発のための最初の具体的な開発テストから始まりました。研究チームによると、「当時はロボット工学や材料の組み合わせについての知識がまだほとんどなく、高さ 30 cm までしか積み上げられず、崩壊してしまいました」とのことです。このコンソーシアムは、建設会社 Heilijgers BV、Van der Kamp BV コンクリートサプライヤー、Blueways イノベーションスペシャリスト、および De WAR クリエイティブイノベーションコミュニティで構成されています。すでに述べたものに加えて、Jelle Feringa と Summum Engineering もプロジェクトに関与し、構造設計、パラメトリックモデリング、およびエンジニアリングを提供しました。

新しい生産形態には新しい考え方が必要です

プロジェクトの中心は学習であると考え、さらなる研究や同様の取り組みに貢献することを目的として、生成されたすべての知識を公開することが決定されました。このグループは、多数の知識共有イベントと、その結果を公開する Web サイトを通じて、学んだことを共有することにしました。この情報は、従来の著作権ではなく、コピーレフトの原則に基づいて公開されました。「イノベーションを加速するには情報の共有が不可欠です。発明とはおそらく、既存のアイデアを斬新な方法で組み合わせることにほかならず、アイデアを収集するにはオープンなコミュニティよりも優れた方法はありません。このプロジェクトでは、私たちは共有し、同様に共有するというクリエイティブコモンズ 4.0 の原則に基づいて作業しています。」 De WARのハルメン・ザイプ氏はこう語った。

プロトタイピングのプロセスでは当然のことですが、プロジェクトの進行中に修正する必要があるいくつかの問題が発生しました。小屋内の温度変動や大きすぎる部品の印刷不可能などの問題により、プロセスに多くの革新がもたらされました。プロジェクトのプレスリリースには次のように記載されています。

「その後、技術の開発と設計と製造戦略の更新に数年間かかりました。機械とソフトウェアを何度も繰り返した結果、コンクリートの硬化を強力に促進するプロセスが開発されました。プリントヘッドに促進剤を追加することで、コンクリートの混合物が数分で設定できるため、非常に複雑なデザインの作成が可能になります。

屋根の印刷が最大の課題であることが判明しました。画期的な進歩は、構造全体を 8 つの部分に分割したことによってもたらされました。これにより理論上は問題が解決しましたが、実際には印刷用に非常に複雑な形状が作成されました。長くて薄いプリントは収縮亀裂のリスクを高めましたが、混合設計を調整し、硬化コンパウンドを使用し、完成後にプリントをカバーすることで軽減されました。二重の曲率により座屈が発生する可能性がありました。リブ構造を導入しました。一方の端からもう一方の端までの高さの差は非常に大きく (80%) あります。結果として生じた傾斜により、輸送が困難になりました。さらに、この形式は、対応するプリントヘッドの向きを使用した非平面印刷戦略が必要であることを意味していました。つまり、1 つの大きな問題を解決すると、多数の新しい課題が発生しましたが、それらはすべて体系的に解決されました。」

3D でプリントされたコンクリート構造は型枠を必要としません。型枠の寿命が短い傾向があるため、それ自体が材料の使用量をさらに削減します。もう 1 つの問題は、3D プリントされたパーツは圧縮によってのみ機能するため、構造に鋼鉄を組み込む必要がないことです。これにより、潜在的に安価になり、二酸化炭素排出量が削減されることに加えて、解体の場合のコンクリートのリサイクルがはるかに簡単になります。将来的には、印刷に再生コンクリート骨材が含まれることが予想されます。