MIT は、コンクリートレンガに匹敵する耐荷重性を備えた、建設用のリサイクル可能なガラスレンガを 3D プリントします。

2024年9月21日、アンタークティックベアは、MITによると、円形の建物の生態学的可能性に触発されたエンジニアが、3Dプリントされたリサイクルガラスで作られた新しいタイプの再構成可能な石積みを開発していることを知りました。チームは、MITのスピンオフ企業であるEvenlineが提供するカスタム3Dガラス印刷技術を使用して、レゴブロックのように連結できる8の字型の頑丈な多層ガラスブロックを作成した。

機械試験では、ガラスレンガはコンクリートブロックと同様の圧力に耐えることができます。研究者たちは構造を実証するために、連結したガラスレンガの壁を建設した。彼らは、3D プリントされたガラスレンガが、建物の外装や内装用のリサイクル可能なレンガとして何度も再利用できると考えています。

「ガラスはリサイクル性の高い素材です」とMIT機械工学助教授のケイトリン・ベッカー氏は言う。「ガラスは石材に加工でき、構造物が廃棄されたら解体して新しい構造物に組み立て直すか、プリンターに戻して全く違う形にすることもできます。これらすべてが、持続可能な循環型建築材料という私たちのアイデアにつながっています。」
「構造材料としてのガラスは少々頭の痛い問題です」と、MITの元大学院生で、現在はMITメディアラボとリンカーン研究所の研究員であり、Evenlineの創設者兼ディレクターでもあるマイケル・スターンは言う。「私たちは、これが建築の限界を押し広げる機会であることを示しています。」
ベッカー氏、スターン氏、および彼らの同僚は、ガラス構造と工学誌に発表された「連結ガラス組積造ユニットの付加製造」と題する研究論文で、ガラスブロックの設計について詳細に説明した。 MITの共著者には、主著者のダニエル・マッシミノ氏とシャーロット・フォリナス氏、およびEvenlineのイーサン・タウンゼント氏が含まれています。この研究は、Bose Research Grant Program と MIT Research Support Committee によって部分的に支援されました。

論文リンク: https://link.springer.com/article/10.1007/s40940-024-00279-8
新しい円形の石積みのデザインは、MITガラス研究所からインスピレーションを受けたものである。当時学部生だったベッカー氏とスターン氏は、そこで初めてガラス吹きの技術と科学を学んだ。「この素材は魅力的だと思いました」とスターンは言います。「ガラス印刷がどのような位置を占め、面白いことができるかを考え始めました。そして建築がそのひとつの可能性だったのです。」その後、彼は溶融リサイクルガラスを印刷できる3Dプリンターを設計しました。これは彼が機械工学を勉強しながら取り組んだプロジェクトでした。
同時に、ベッカー氏は MIT の教授職に就き、製造とデザインの交差点と、革新的なデザインを可能にする新しいプロセスの開発方法を模索し始めました。「ガラスやその光学特性、リサイクル性など、興味深い特性を持つ難しい材料の設計と製造の領域を拡大できることに興奮しています」とベッカー氏は言う。「汚染されていない限り、ガラスはほぼ無限にリサイクルできます。」
彼女とスターンは協力し、3Dプリントガラスを従来のレンガと同じくらい強度があり、積み重ね可能な構造用石積みユニットにできるかどうか、またその方法を研究した。新しい研究では、研究チームは、Evenline社のガラスプリンターの最新バージョンであるGlass 3D Printer 3（G3DP3）印刷ユニットを炉と組み合わせて使用し、粉砕したガラス瓶を溶融印刷可能な形状に溶かし、それをプリンターで層状に堆積させました。
△ G3DP3の現在の構成：ガラス扉の後ろに造形室があり、その上に炉とるつぼがあります。研究チームは、吹きガラス工房でよく使われるソーダ石灰ガラスを使って、試作品のガラスブロックを印刷しました。彼らは、レゴブロックのスタッドに似た、印刷された各ブロックに 2 本の円形の釘を取り付けました。おもちゃの積み木と同様に、釘を使うことでブロックを連結し、より大きな構造物を組み立てることができます。レンガの間に挟まれた別の素材は、ガラス表面の間に傷やひび割れが生じるのを防ぎますが、レンガ構造を解体してリサイクルする場合は取り外すことができ、レンガをプリンターで再溶解して新しい形に成形することができます。チームはレンガを8の字の形に作ることにしました。「8の字型にすることで、レンガを一定の曲率で壁に組み立てる際に制約を課すことができます」とマッシミノ氏は語った。

研究チームはガラスのレンガを印刷し、レンガが割れ始めるまで圧縮する工業用油圧プレスで機械的強度をテストした。研究者たちは、最も強力なレンガはコンクリートブロックに匹敵する圧力に耐えられることを発見した。これらの最も強力なレンガは主に印刷されたガラスで作られており、レンガのベースには別途製造された連結構造が取り付けられています。これらの結果は、ほとんどの石積みレンガは印刷されたガラスから作ることができ、連結構造は他の材料とは別に印刷、鋳造、または製造できることを示唆しています。
「ガラスは複雑な素材であり、異なる素材から作られた連結要素が現段階では最も大きな可能性を秘めている」とベッカー氏は語った。
研究チームは、印刷されたガラスを使用してレンガのより多くの連結機能を実現できるかどうかを調査していますが、これがデザインの拡大の障害になるとは考えていません。ガラス石積みの可能性を示すために、彼らは連結したガラスレンガを使用して湾曲した壁を建設しました。次に彼らは、より大きく自立したガラス構造物を建設することを目指しています。
「私たちは、この素材の限界と、それをどのように拡大するかについてさらに学んでいます」とスターン氏は言う。「私たちはこの素材を建築への足がかりとして考えており、パビリオンのようなものから始めたいと思っています。つまり、人間が触れ合うことができる一時的な構造物です。そして、それを再構成して別のデザインにすることができます。これらのブロックが何度も使われることを想像できます。」

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