3D プリンティングは建築を永遠に変えることを約束します

テネシー大学スマート構造研究所所長

ジェームス・ローズは、この記事から利益を得るであろういかなる会社や組織で働いたり、コンサルティングしたり、株を所有したり、資金を受け取ったりすることはなく、学術上の任命以外の関連する所属も明らかにしていません。

テネシー大学は、The Conversation US のメンバーとして資金を提供しています。

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建築においては、新しい素材が登場することはほとんどありません。

何世紀にもわたって、木材、石材、コンクリートが地球上のほとんどの構造物の基礎を形成してきました。

1880 年代、鉄骨フレームの採用により建築は永遠に変わりました。 鋼鉄のおかげで、建築家は大きな窓を備えたより高い建物を設計できるようになり、今日の都市のスカイラインを定義する超高層ビルが誕生しました。

産業革命以来、建築材料は主に、大量生産されるさまざまな要素に限定されてきました。 鉄骨梁から合板パネルに至るまで、この標準化された部品キットは、150 年以上にわたって建物の設計と建設に情報を提供してきました。

この状況は、いわゆる「大規模積層造形」の進歩によってすぐに変わるかもしれません。 鉄骨フレームの採用以来、建物の構想と建設の方法をこれほど変革する可能性を秘めた開発は行われていません。

デスクトップ 3D プリンティングなどの大規模な積層造形では、オブジェクトを一度に 1 層ずつ構築します。 粘土、コンクリート、プラスチックのいずれであっても、印刷材料は流体状態で押し出され、硬化して最終的な形状になります。

テネシー大学のスマート構造研究所の所長として、私は幸運にもこの新しいテクノロジーを導入する一連のプロジェクトに取り組むことができました。

この技術の普及にはまだいくつかの障害が存在しますが、建物がすべてリサイクル材または現場で調達された材料から建てられ、自然の幾何学模様からインスピレーションを得た形状になる未来が私には予見できます。

その中には、幅広い消費者製品に使用される一般的なプラスチックであるリサイクル ABS ポリマーから印刷された屋外構造物であるトリリウム パビリオンがあります。

この構造の薄い二重曲面は、その名を冠した花の花びらからインスピレーションを得たものです。 このプロジェクトは学生によってデザインされ、Loci Robotics によって印刷され、ノックスビルのチェロキー ファームにあるテネシー大学リサーチ パークに建設されました。

最近の大規模積層造形の例としては、マリオ クチネッラ アーキテクツが設計し、イタリアの小さな町マッサ ロンバルダで印刷された 450 平方フィート (41.8 平方メートル) のプロトタイプ住居 Tecla などがあります。

建築家たちは地元の川から採取した粘土を使って Tecla を印刷しました。 この安価な材料と放射状形状のユニークな組み合わせにより、エネルギー効率の高い代替ハウジングが誕生しました。

米国に戻ると、建築会社レイク・フラットーは建設技術会社アイコンと提携して、テキサス州オースティンにある「ハウス・ゼロ」と呼ばれる住宅のコンクリート外壁を印刷しました。

2,000 平方フィート (185.8 平方メートル) の家は、3D プリント コンクリートのスピードと効率性を実証しており、その構造は曲線の壁と露出した木材フレームの間に心地よいコントラストを示しています。

大規模な積層造形には、デジタル デザイン、デジタル ファブリケーション、材料科学という 3 つの知識領域が含まれます。

まず、設計者は印刷されるすべてのコンポーネントのコンピューター モデルを作成します。 これらの設計者は、ソフトウェアを使用してコンポーネントが構造的な力にどのように反応するかをテストし、それに応じてコンポーネントを調整できます。 これらのツールは、設計者がコンポーネントの重量を軽減し、印刷前に複雑な幾何学的交差を滑らかにするなどの特定の設計プロセスを自動化する方法を理解するのにも役立ちます。

次に、スライサーとして知られるソフトウェアがコンピューター モデルを 3D プリンター用の一連の命令に変換します。

3D プリンターは、携帯電話のケースや歯ブラシホルダーなど、比較的小規模で機能すると考えるかもしれません。