ETHチューリッヒの研究者がゴミを3Dプリントして建物の断熱材に変える

ETHチューリッヒの研究者がゴミを3Dプリントして建物の断熱材に変える
この投稿は Bingdunxiong によって 2023-12-4 16:51 に最後に編集されました

2023年12月4日、Antarctic Bearは、チューリッヒのスイス連邦工科大学が、軽量建築部品の開発に3Dプリント技術を使用するという新たな研究の詳細を発表したことを知りました。

△この研究では、産業廃棄物の3Dプリントを利用した、一体型で軽量かつ断熱性のある壁構造用の新しい建築材料について調査しました。今年初め、同大学の研究者らは、3Dプリント技術で軽量で断熱性のある建築部品を製造することに成功し、持続可能な建設の新たな展望を切り開く革新的な成果を達成しました。このプロジェクトは、デジタルビルディングテクノロジーグループの博士研究員であるパトリック・ベダーフ氏が主導しており、「Airlements」と呼ばれています。この技術は、工業用高炉からのフライアッシュを含むリサイクルされた産業廃棄物を使用して、セメントを含まない鉱物フォームを生成します。この革新は、暖房と冷房のコストを削減し、建築材料の効率に革命をもたらす可能性があります。

Airlements プロトタイプは、セメントフリーのミネラルフォームで作られた 4 つの軽量個別コンポーネントで構成された壁コーナーピースです。
Airlements のプロトタイプは、コーナーピースなどの構造に簡単に組み立てられる複数の個別コンポーネントで構成されており、持続可能性と効率性の原則を体現しています。ベダルフ氏の博士論文の一部となった研究は、材料の使用を最小限に抑えるために、これらの要素、特に複雑な形状の要素を作成することに焦点を当てていました。このイノベーションの鍵となるのは 3D プリント プロセスであり、従来の建設方法に比べて材料の無駄と CO2 排出量を大幅に削減します。このプロセスにより、複雑な形状を作成するときによくある課題である、時間がかかり部分的に再利用できるテンプレートが不要になります。

△このテントでは、Airlements のコンポーネントが、管理された温度と湿度の下で印刷され、硬化されます。左上にはプリントヘッドを備えたロボットアームが見える。
サウナでの3Dプリント

それぞれのプロトタイプは 1 時間以内に印刷され、温度 20 ~ 28°C、相対湿度 20 ~ 70% に管理された製造環境で 1 週間かけて硬化されました。材料が適切に硬化し、簡単に割れないようにするには、空気の湿度と温度を調節することが重要です。

この目的のために、ベダルフは特別な気候室を開発しました。これは、ロボットが事前に定義された印刷経路に沿って移動する、大きく透明なテントのような構造です。 「まるで熱いサウナの中にいるかのように、そこらじゅうに霧と埃がありました」と彼は説明し、エネルギーを大量に消費する処理を必要としないこの新しい生産方法は、以前のセメントフリーのフォーム作業よりも進歩していると指摘する。後者はセメントで固めるか、その後オーブンで高温で硬化させる必要があります。 Airlements の波形テクスチャにより、硬化プロセス中と最終状態の両方でさらなる安定性が得られます。

このプロジェクトでは、3D プリントとロボット工学を組み合わせて、カスタム建築部品をコスト効率よく生産できるようにします。ベダルフ氏は次のようにコメントしています。「自動化がなければ、従来の建設方法は材料の節約という点で非常に時間がかかり、費用もかかります。この新しいアプローチにより、迅速なプロトタイピングが可能になります。各コンポーネントは 1 時間以内に印刷され、その後、制御された環境で 1 週間の硬化プロセスを経て、材料の完全性と耐久性が確保されます。」

△エアーエレメントで作られたセメントと3Dプリントされたデザイン構造、高密度構造強度(左)と断熱性(右)
Airlements の実際の用途には、現場での輸送や組み立てが容易な軽量コンポーネントが含まれます。当初、ベダルフはコンクリートを使用して部品を補強する実験を行いましたが、革新的なフォームのみを使用するように移行することに成功しました。これらのコンポーネントは、内壁や外壁の断熱部品として使用でき、耐荷重用途にも使用できます。


△「ジオポリマーフォームを使用した軽量断熱建築部品のロボット3Dプリント」と題した研究論文が発表されました(ポータル)
今後、ベダルフは、リサイクルされた産業廃棄物から持続可能な断熱材を生産するETHのスピンオフ企業であるFenXと協力して、耐荷重性と断熱性能に重点を置いてAirlementsをさらに開発する予定です。この動きは、ETH チューリッヒの学士課程「コンピュテーショナル デザイン I & II」での彼の指導に沿ったものです。

Airlements プロジェクトは、持続可能な建設の分野における大きな進歩を示すだけでなく、この分野における将来の革新の前兆としても機能します。同時に、このプロジェクトはエネルギー消費の削減、廃棄物の発生の最小化、完全なリサイクル性に重点を置いています。





建設、リサイクル可能、材料、セメント

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