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イタリアでは“実物”の3Dプリンターも登場

 3Dプリンターは大きさの面でも進化している。イタリアでは幅7.5m、奥行き7.5m、高さ3~18mという巨大な3Dプリンター「D-SHAPE」が稼働している。エンリコ・ディニ氏(Enrico Dini)が開発したものだ。

エンリコ・ディニ氏が開発した実物大3Dプリンター(写真:Enrico Dini)

 その構造は、石こう系の材料で造形するタイプの3Dプリンターを巨大化したものと考えればよい。砂のような材料を5~60mmずつの厚さで敷きならしながら、“躯体”の断面部分に「構造インク」と呼ばれる液体の結合材を、ノズルから噴射しながら材料を固めていく「ヘッド」が、水平2方向に動きながら四隅の柱を徐々によじ登っていくものだ。1日に15cmの高さを“施工”できる能力を持つ。

 造形が終了すると、構造インクで固まった建物の躯体が砂に埋まったような状態になっており、空洞部分の砂を撤去していくと建物ができている。造形に使う材料は、どこでも手に入る砂や砂利が使える。例えば砕石の場合、0.01~65mm径のものが混じったものでも大丈夫だ。

オブジェ「ラジオラリア(Radiolaria)の作成過程。3次元CADでオブジェのモデルデータを作成(左)。造形後、空洞部分の砂を撤去してオブジェを掘り出す(中央)。完成したオブジェ(右)(写真:Enrico Dini)

オブジェ「ラジオラリア(Radiolaria)を高さ8.5mのフルスケールで造ったもの。D-SHAPEで造った130個のブロックを組み立てている(写真:Andrea Morgante/D-Shape)

 開発のポイントは「構造インク」にある。当初、開発段階では結合材としてエポキシ樹脂を使っていたが「価格が高い」「燃性がある」「解体処分時に環境に悪い」「造形が遅い」などの問題があった。ディニ氏が求めた結合材は無機質で安く、環境に優しく、低粘度のものだったが、既存の材料の中からは見つからなかった。

 そこで化学の専門家の助けを得て、低粘度で高い表面張力を持ち、微粉末の触媒によって網状に固まる構造インクを開発した。

 固まった材料は微小で強固な結晶構造となり、大理石のような性質を持つ。つまり高い硬度を持ち、引っ張りにも強く、コンクリートとは異なった性状を示す。触媒との作用で、最終強度に近い強度まで固化するのに数時間しかかからない。

 高い引っ張り強度を持つ補強用のグラスファイバーやカーボンファイバー、ナイロンファイバーなどを材料に混ぜることで、さらに強度を増すことができる。これなら、実物大模型にとどまらず、引っ張りに弱い材料を使っても、鉄筋を使わずに高い強度と剛性を持った建物そのものを造ることができる。

3Dモデルデータ(左)と完成したオブジェ(右)(左の画像:Rinus Roelofs、右の写真:Rinus Roelofs/D-Shape)

3Dモデルデータ(左)と完成したオブジェ(右)(左の画像:Rinus Roelofs、右の写真:Rinus Roelofs/D-Shape)

複雑な形状の柱の造形。(左)3次元CADで作成したモデルデータ。(右)造形した柱(写真:Enrico Dini)

 19世紀以来、建設業界では鉄筋コンクリート造が一般的となった。現場で型枠や足場を組み立て、鉄筋を組んで生コンクリートを打設する作業は、多くのコストや時間がかかるほか、現場での危険な作業も多かった。

 しかし、D-SHAPEを使うことで、コンピューター上で設計した建物のデータを施工機械にインプットするだけで、人手もほとんどかけずに自由な形状の建物を造れるようになる。凹凸や曲面の多い建物を鉄筋コンクリートで造るのは大変だが、D-SHAPEはどんな複雑な形状の建物でも手間は変わらない。

 BIMや3次元CADによって設計したユニークな形状の建物を実現する施工機械として、実物大3Dプリンターが現場で活躍する日は近いかもしれない。

家入龍太(いえいり・りょうた)
1985年、京都大学大学院を修了し日本鋼管(現・JFE)入社。1989年、日経BP社に入社。日経コンストラクション副編集長やケンプラッツ初代編集長などを務め、2006年、ケンプラッツ上にブログサイト「イエイリ建設ITラボ」を開設。2010年、フリーランスの建設ITジャーナリストに。IT活用による建設産業の成長戦略を追求している。 家入龍太の公式ブログ「建設ITワールド」は、http://www.ieiri-lab.jp/ツイッターやfacebookでも発言している。