3D コンクリート プリントは商業建設に影響を及ぼしていますか?

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アフリカの学校、記録的な高さの風力タービン、災害に強い軍の住居、砂で作られたホテル、月面の建設プロジェクトの共通点は何でしょうか?

「3D プリント」と言えばその通りですが、それだけではすべてがわかりません。 これらのプロジェクトの特徴は、3D コンクリート プリンティング (3DCP) テクノロジーで可能なことの限界を押し広げていることです。 コンクリートを使用した 3D プリントは、オランダのアイントホーフェンの商業住宅プロジェクトから、アラブ首長国連邦ドバイの初の公式商業ビルに至るまで、世界中で広範囲にわたってテストされています。 コンクリートの展性がありながら硬く固まる特性と、極端な気候や困難な地形に耐えることができる 3D プリンターの機械アームを備えた 3DCP は、商業建設業界に多くの利点をもたらします。

GE の BOD 2 3D プリンターを使用して作成された、3D プリントされたコンクリート風力タービン ベース。 画像提供：COBOD。

世界人口の 70% 以上がコンクリート構造物に住んでおり、コンクリートとセメントの需要は今後も増加すると予想されています。再生可能エネルギーを利用する風力タービンでさえ、長持ちさせるためにはコンクリートと鋼鉄が必要です。 それにもかかわらず、セメント産業は世界の二酸化炭素 (CO2) 排出量の 8% を占めており、地球をゆっくりと温めています。 今日の科学者たちは、地球の温暖化が 1.5 度を超えないようにするために抜本的な対策を講じる必要があることに同意しています。この基準は、超えた場合に壊滅的な結果をもたらします。 それでは、コンクリートに大きく依存している世界において、エンジニアはどのようにして排出量を削減し、コンクリートをより環境に優しいものにできるのでしょうか?

3D コンクリート プリンティングの利点と、その積層造形手法が気候変動を緩和するための実行可能なソリューションとなり得る方法を詳しく見てみましょう。

耐久性と安全性はあらゆる建設プロジェクトにおいて重要ですが、広範な公共使用を目的とした商業ビルの場合、リスクはさらに大きくなります。 たとえば、橋を考えてみましょう。 2018 年、ジェノヴァのモランディ橋が豪雨で崩壊し、数十台の車両が奈落の底に転落しました。 この橋はフランスとイタリアを結ぶイタリアで最も重要な高速道路の一部であり、イタリアのインフラの状態に国際的な注目が集まりました。

3DP ブリッジは概念的には 2016 年から存在していましたが、世界中の最近のプロジェクトでは、中国とオランダがこの分野の先駆者として、積層造形アプローチを現実のものにしています。 176 単位のセメントで支えられた最長の 3D プリント コンクリート橋が中国で発見され、上海運河を渡って乗客を乗せています。 同時に、アムステルダムには世界初の 3D プリントされた鋼橋が架けられています。 公共の安全を継続的に維持するために、橋にはいくつかのセンサーが取り付けられており、動き、温度、振動を監視しています。

積層造形の利点は十分に文書化されています。 3D プリンターを使用すると、エンジニアは構造の製造に必要な正確な量の材料のみを使用または「追加」するため、リソースを最大限に活用し、無駄を最小限に抑えることができます。 ゲント大学は、積層造形による歩道をテストしたところ、3DP 構造では必要な材料が少なく、環境への影響が少ないことがわかりました。

カリフォルニア州キャンプ・ペンドルトンでの演習中、第1海兵兵站グループ第7工兵支援大隊と協力して3Dプリンターで作成したコンクリート橋支柱を固定する海兵隊写真。

3D プリンターはより速く構築できるだけでなく、これらのツールは作業者の負担を最小限に抑え、精度を最大化しながら材料の無駄を削減します。 米海兵隊が 3D コンクリート プリントを使用して、あらゆる空間を渡るためのカスタムメイドの橋を作成しているのは当然のことです。

大量のコンクリートを製造するには多量の電力が必要であり、さらにコンクリートの主原料であるセメントの製造工程ではCO2が排出されます。 再生可能電力網は排出量を 50% 削減できる可能性がありますが、移行にはタイムリーかつコストがかかります。 実際、エネルギー転換への投資は、2050 年まで年間 4.4 兆米ドルに増加する必要があります。それまでの間、建設プロセスを再考し、より持続可能な材料を使用することが重要です。