新しい3Dプリント建物は、年間50万～60万トンの建設廃棄物を処理する生産ラインへの道を開きます。

出典：交通新聞

セメント、フライアッシュ、シリカフューム、混和剤、スチールファイバー…6～7種類の原材料がセメントミキサーに順番に投入され、ポンプパイプで接続されます。その横にある3Dプリンターのヘッドは、この新しいタイプのコンクリートを「インク」として使用し、所定の経路に沿って円を描くように「押し出します」。わずか2時間足らずで、テンプレートを使わずデジタル成型し、自然で柔軟な曲線を描く3Dプリント非自動車用カーポートが記者の前に現れた。数日後、これらの非自動車用カーポートは南京グリーン付加製造研究所の生産工場から「出荷」され、パイロットプロジェクトとして南京江北新区研究イノベーションパークに設置され、その後、市内の住宅街やオフィスビルなどに導入される予定です。

「素材がわかる人」と「設備がわかる人」が協力して

「この新しいカーポートに使用されている材料は、私たちの新しい研究成果である超高性能コンクリート（UHPC）です。この材料は曲げ強度が高く、耐火性、耐爆発性、耐衝撃性が強く、非モーター車の駐車および充電カーポートとしての使用に非常に適しています。」南京グリーン付加製造研究所の主な技術サポートとして、東南大学材料科学工学学院の張亜梅教授のチームは今日、この超高性能材料を部品の大規模な3Dプリントに使用することを初めて試みました。原材料が袋ごとミキサーに投入される様子を見ながら、張亜美さんは記者団に対し、これらの原材料の多くは産業副産物から来ていると語った。「フライアッシュは発電所から、シリカアッシュはフェロシリコンアロイ工場から来ています。材料が特殊であるため、配合比が特に重要です。完成品の性能を保証するために、実験室で何度も試作配合と性能試験を実施しました。」本来なら捨てられるはずだったこれらの産業廃棄物は、ここでは「宝物」となり、この新しいタイプのコンクリートの研究開発の鍵となっている。

実は、チームが「不可能」に挑戦したのは今回が初めてではない。中国初の3Dプリントグリーンプレハブスマートビル、中国初の現場3Dプリント納品可能な2階建て単棟ビル...張亜美氏の見解では、固形廃棄物グリーンリサイクル技術と3Dプリント技術の組み合わせ自体が建築分野における革命であり、間違いなく業界の最前線に立っています。

人口の高齢化に伴い、労働力不足は徐々に建設業界が直面する大きな課題となってきました。同時に、金型に頼る従来の建設モデルでは、多くの場合、膨大な資源の無駄が生じます。かつて、家を建てるには、まず建設現場で型枠を立て、その中に鉄骨を置き、コンクリートを流し込んで固めた後、型枠を撤去する必要がありました。この工程はすべて手作業に大きく依存しており、労働効率が低かったです。

さらに、部材の型枠コストは総建設コストの約 15% ～ 20% を占めます。しかし、建物の形状が不規則な場合、テンプレートは一度しか使用できず、間違いなく大きな無駄になります。統計によると、わが国では毎年約35億トンの建設廃棄物が発生しており、これは都市全体の廃棄物の30％から40％を占めていますが、リサイクル率は非常に低いです。

従来の建設モデルを変革・高度化しながら、建設廃棄物の資源活用を実現することは可能か？「私たちが3Dプリントプロジェクトを初めて適用し始めたとき、世界中で実証プロジェクトはほとんどありませんでした。中国ではそれに取り組んでいるチームがありましたが、その適用にはまだ多くの制限がありました。」機器を扱う人は材料を理解しておらず、材料を扱う人は機器を持っていません。張亜美氏は、伝統的な建築工事が3Dインテリジェント建築に転換するには、材料の研究開発から印刷設備、そして応用に至るまで、産業チェーン全体のあらゆる問題を解決しなければならないと考えている。このアイデアを念頭に置いて、2018年に張亜美氏のチームと南京嘉義精密機械製造有限公司のチームは意気投合しました。 2つのチームは江北新区産業技術研究・イノベーションパークの管理委員会と協力し、南京グリーン付加製造研究所を設立して、固形廃棄物のグリーンリサイクル技術と建築3Dプリント技術を統合する際の困難を共同で克服しました。

「私たちにとって、3Dプリンターの製造は難しくありませんが、材料が難しいのです。最初の機械が完成してから、適切な印刷材料が手に入るまで8か月も待ちました」。南京嘉義の李金会長は、3Dプリンターで造られた建物には材料に対する要求が極めて高く、コンクリートが硬化するまでの時間が特に重要であると認めた。材料が「押し出される」とすぐに「沈み込む」場合、または 2 番目の円が完了する前に最初の円が硬化した場合、これらは受け入れられません。産学研連携以前、工場では独自の印刷材料の製造を試みていたが、すべての試みは失敗に終わった。「張教授のチームが新しい材料を導入して初めて、私たちのマシンは真価を発揮するようになりました。」

持続可能、高性能、低コスト

研究所の3階にある材料研究開発実験室に上がると、張亜美氏は記者団に10種類以上の3Dプリント原材料を披露した。リサイクル粗骨材、リサイクルレンガ粉、リサイクル砂、尾鉱砂...これらは通常の3Dプリント材料と見た目は変わりませんが、実際にこれらのリサイクル材料を3Dプリントに使用することは研究者にとって大きな課題です。

研究室では、張亜梅氏がポスドク研究員や博士課程の学生を指導し、繰り返しテストを実施して、3Dプリントの具体的な配合を継続的に改善しています。「土地や道路の掘削後の表土やアスファルトコンクリートブロック、古い建物の解体後のレンガや古いコンクリート、スクラップ金属、スクラッププラスチック、装飾廃棄物などはすべて建設廃棄物です。その発生源が複雑で性能が不安定なため、資源をリサイクルする際には性能要件を満たし、合理的かつ科学的に使用する必要があります。」張亜美氏は粗骨材を例に挙げた。この材料をコンクリートに加えると、セメントの使用量を減らすことができるだけでなく、硬化したコンクリートの収縮や変形を減らすこともできます。ただし、リサイクルされた粗骨材の再利用は、その長期的な性能を考慮する必要があり、添加規模を適切に制御する必要があります。「さまざまなプロジェクトのニーズに応えて、さまざまな固形廃棄物の長所を組み合わせ、短所を避け、比率を合理的に調整し、材料が建物に本当に役立つようにします。これは、材料の研究開発とバックエンドアプリケーションを密接に統合することの利点でもあります。」

2023年、南京市六河区雄州街の霊岩コミュニティ健康サービスセンターに2階建ての新しい建物が建てられました。その赤と青の波状の曲線の外観は特に目を引くものです。このプロジェクトは、建築面積52.8平方メートル、建物の高さ6メートルで、中国で初めて実際に居住可能な、現場で3Dプリントされた2階建ての建物が使用のために納品されたものです。「一般的に言えば、このような2階建ての建物には、より細かいモルタルを使用して印刷しますが、多くの構造専門家はこれに同意していません。私たちは、粗い骨材を追加することで、一方では建物自体の剛性を高め、収縮やひび割れの問題を効果的に抑制し、他方ではセメントの量を減らし、炭素排出量を減らし、建設コストを削減したいと考えています。しかし、プロジェクトの難しさと多くの制御できない要因のため、これまでに同様のプロジェクトを実行したチームはほとんど世界中にありません」と張亜美氏は語った。

「これまでは部品を工場で印刷して現場で組み立てていましたが、私たちのプロジェクトでは現場での3D印刷が必要でした。つまり、緊急事態はすべて現場でしか解決できないということです。」Li Jin氏は、研究室での小規模な実験は成功したものの、印刷プロセスを現場に「移した」とき、真夏の大雨と高温により、印刷した材料を粗骨材とともに現場で圧送するのが2倍困難になったと回想している。ポンプチューブが破裂したため現場で交換、高温のため押し出される前に材料が固まってしまったため現場で原料配合を調整。「困難ではありましたが、遭遇した問題はすぐに解決されました。これは私たちにとってまったく新しい試みであり、第13次5カ年国家重点研究開発計画の実証プロジェクトでもあります。」

3Dプリンターが指示に従って建物構造の最後の円を着実に印刷すると、チーム全員が安堵のため息をつき、現代の住宅建設のインテリジェントな変革がさらに一歩前進しました。

業界は「グローバル化」と「縮小」をする必要がある

2023年3月、アラブ首長国連邦の首都アブダビで中国工業製品博覧会が開幕した。チームは、中国・アラブ（UAE）能力協力デモンストレーションパークで3Dプリンターと製品を展示しました。李金氏は記者団に対し、江蘇省の3Dプリント建設産業が初めて「海外進出」した際、多くの外国企業の注目を集めたと語った。ドバイ投資開発庁の職員らも2日連続で展示エリアを訪れ、綿密なコミュニケーションを図った。ドバイ政府は2018年に「3Dプリンティング戦略」を立ち上げ、2030年までに新築の建物の25%を3Dプリンティングで作ることを計画していると報じられている。「しかし、建設廃棄物を処理するよりよい方法はありません。建設廃棄物をリサイクルし、それを3Dプリントの建築資材に使用することは、まさに私たちのチームが得意とすることです。」

2023年9月、チームは正式に中国・アラブ（UAE）能力協力実証パークへの入居契約を締結しました。最初のコンタクトから実施までわずか半年しかかかりませんでした。「当社は同工業団地に進出した最初の南京企業であり、工業団地建設の後期段階では『できる限りの処理』に全力を尽くす」と李金氏は述べた。生産ラインが稼働すれば、年間の建設廃棄物処理能力は50万～60万トンに達し、年間利益は約5000万元に達すると予想されている。リー・ジン氏は「これはまだ始まりに過ぎない。将来的には江蘇省で作られた環境に優しく低炭素な3Dプリント建築物がドバイの街にもっと多く現れると信じている」と語った。

3Dプリント設備と材料の反復的な革新により、建設業界は大きな変革とアップグレードの時期を迎えており、インテリジェント建設も常に新たな品質生産性を刺激しています。従来の鋳造建築と比較して、3D プリントされた建物は炭素排出量を約 39% 削減します。これは、建物のライフサイクル全体を通じてカーボンニュートラルを達成する上で重要な要素です。「新しい品質の生産性を開発することは、伝統的な産業を無視したり放棄したりすることを意味するものではありません。それどころか、3Dプリント建設は、人間の建設技術の生産効率と新しい材料の使用の有効性を大幅に向上させました。都市の固形廃棄物のリサイクル技術は、スマート建設をより低炭素でグリーンにし、現在の都市建設プロセスで発生する実際的な問題を解決します。」と李金氏は述べた。

これまで、チームは100件以上の3Dプリントプロジェクトを実施し、合計121件の関連コア特許技術（30件以上の発明を含む）と、中国9省およびアラブ首長国連邦、カナダ、シンガポールなど多くの国と地域に分散した13の生産ラインを所有しています。 2022年、南京グリーン付加製造研究所は工業情報化部が発表した付加製造の代表的な応用シナリオの第1陣において、建築施設全般の製造設備メーカーおよびサービスプロバイダーに選ばれました。建築分野で選ばれた唯一の企業でもあります。

産業は「グローバル化」するだけでなく「進出」もしなければなりません。「このプロセスでは、すべての技術がかなり成熟して初めて、大規模に推進・応用されるようになる。我々はまだこの段階に達していないので、実証プロジェクトで新たな問題を継続的に発見・解決し、一連の標準の策定を通じて、インテリジェント建設技術の推進と応用を加速していきたい」と張亜美氏は述べた。

出典：新華社日報全メディア科学教育ニュース部、江蘇省科学教育ヘッドライン編集者：陳麗源評論家：徐潔

新しい3Dプリント建物は、年間50万～60万トンの建設廃棄物を処理する生産ラインへの道を開きます。

北京大学第三病院は、腹膜再発腫瘍に対する世界初の3Dプリントテンプレート誘導粒子治療を完了した。

「プロローグマイ」 - サンデトリボが中国のデジタル医療ブランドを大々的に立ち上げ

これは SF ではありません。3D プリントされた圧力センサーを手に持ったらどんな感じでしょうか?

フライブルク大学は、高精度のタングステン構造とマイクロ流体チップを印刷できる2光子重合3D印刷技術で新たなブレークスルーを達成しました。

ブラックテクノロジー：すべての骨を3Dスキャン、EOSがCTに取って代わる

とても賢いですね！クラウドロボットは一度に数十台の3Dプリンターを管理できる

全国4,000以上の義歯工場が再編を加速し、バッチ3Dプリントソリューションが業界の状況を一変させている | 事例

[プレビュー] 創東中国3Dプリント芸術と技術ファッション国境を越えた展示会が開幕、7桁の価値がある3Dプリントアート作品が登場

Atome3DがフランスでZmorph i500 3Dプリンターを発売

スペインの研究者らがソフトロボット用に生物学的に機能する筋肉組織を3Dプリント

推薦する

インドのスタートアップ企業がIMTEX 2023で新型大型ハイブリッド3Dプリントシステムを展示

インタビュー：BWT アルピーヌ F1 チームの製造マネージャーがレースにおける 3D プリントの活用について語ります。

極限まで集中したビーム！ LLNLの研究者はレーザービームを「成形」することでLPBF金属3Dプリントを改良した

UNIZ「片面剥離」高速デスクトップ3DプリンターSLASH OL JDクラウドファンディング、最低価格3999元

2億4千万もかけて！カーペンター、3Dプリント用粉末メーカーPurisの買収を完了

付加製造業界は衰退か？ GE、ワブテック、レイセオンが3Dプリンターをオークションに出品

380℃の高温印刷、ロシアが初めてPPSUプラスチック3Dプリント外科用医療機器を使用

KEXCELLED が「高温」普及の嵐を巻き起こし、PEEK 素材を手頃な価格で提供します

ストラタシスの2021年第2四半期の収益は1億4,700万ドルで、予想を上回り25%増加した。

UnionTech はカスタマイズされた 3D プリント SCG 004S スーパーカーディスプレイモデルの作成を支援します

米国の国立科学財団（NSF）は、バッテリー3Dプリント技術の開発に23万ドルの助成金を交付した。

先駆者からリーダーへ、Sublimation 3Dはタングステン素材の3Dプリント部品の付加価値を活用し続けています

陸炳恒院士チームの科学研究成果が「中国工程院院士専門家成果展示・転換センター」で発表された。

研究者は3Dプリントを使用して、フクロウの羽にヒントを得た超静音タービンブレードを開発

Dreammo 3Dプリンターが第2回液体金属産業技術サミットフォーラムでデビュー