建設プロジェクトの装飾建築部品への3Dプリント技術の応用に関する研究

出典: チェン・チエン、CCPA 科学技術部

主な施工単位：中国鉄道第四工程局集団有限公司、安徽デジタル建設研究所有限公司、安徽中国鉄道工程材料技術有限公司。主な施工者：于建、黄海、劉道雪、彭建偉、耿天宝

プロジェクト概要
3D 印刷は、ラピッドプロトタイピング技術の一種です。コンピューターモデルファイルに基づいており、ソフトウェアレイヤーディスクリートと CNC 成形システムを使用します。レーザービーム、ホットメルトノズルなどの方法を使用して、粉末金属、セラミック、プラスチック、その他の接着材料を組み合わせます。コンピューター制御を使用して、「印刷材料」を層ごとに積み重ねて結合し、オブジェクトを作成します。 3Dプリントコンクリート技術は、3Dプリント技術に基づいて開発されたコンクリート建設の新技術です。 3Dプリントコンクリート技術は、印刷プロセス中に、従来のコンクリート成形プロセスにおける型枠プロセスを必要としません。これは、最新のコンクリートフォームレス成形技術です。同時に、コンピュータソフトウェアの制御下で、3Dプリント機械は、制御性の高い押し出し性を備えたセメントベースのスラリー材料を使用します。梁、スラブ、柱などのコンポーネントをすばやく印刷し、パネルと穴を正確に配置し、超複雑な大型建築コンポーネントの3次元高速設計と製造を実現します。

従来の製造プロセスと比較して、3Dプリントコンクリート技術は、この革新的な製造プロセスを使用することで、セメントベースの材料の応用に多くの利点をもたらします。(1)従来の建設技術の限界を打ち破り、よりユニークなプリント構造の建物を設計します。(2)複雑な構造を作る速度を大幅に向上させ、難易度を軽減できます。(3)音響、熱、その他の要件を満たす特別な機能構造を設計できます。(4)よりグリーンで環境に優しいため、材料とエネルギーの消費を減らし、建設業界の環境汚染と騒音公害を減らすことができます。(5)テンプレートを使用する必要がないため、建設期間が短縮され、労力とコストが節約されます。上記の利点により、3Dプリントコンクリート技術はコンクリートの発展における大きな転換点となり、幅広い展望を示しています。

この研究プロジェクトでは、プロジェクトの一般および特殊装飾建築部品の力学、耐久性、外観サイズなどの要件に基づいて、印刷材料、印刷設備、制御システムについて詳細な研究を行う予定です。3Dプリント電子モデル設計と装飾建築部品の3次元変換スキーム、印刷原材料の改良と性能評価テスト、機械設備と制御システムの設計と製造という3つの主要な技術を研究します。最後に、3Dプリント建設技術を使用して、要件を満たす装飾建築部品を構築します。支援プロジェクトでの応用が成功したことで、3Dプリント装飾建築部品の産業化が実現しました。この研究結果にまとめられた方法原理は、伝統的な建物を建設するための3Dプリント建設技術の使用に関するその後の研究に参考資料と参考資料を提供し、建設業界における3Dプリント建設技術の推進を促進します。

主なイノベーション： （1）3Dプリントコンクリートの微細構造の構築速度メカニズムを明らかにし、チキソトロピー剤、CSHゲル、砂セメント比、アタパルジャイトなどのコア要素を詳細に分析し、3Dプリントコンクリートの印刷性を制御するための理論的根拠を確立しました。

（２）性能設計に基づいて、３Ｄプリント施工用に特別に設計されたセメント系複合材料が開発され、微細構造構築速度が高く、微細構造構築速度と印刷間隔時間の良好な一致、制御可能な作業時間（３０〜７５分）、高いチキソトロピー性、ポンプ性、良好な押し出し性、ひび割れなし、良好な寸法安定性などの特徴を有する。

（３）３Ｄプリントコンクリートの施工性（支持力と変形）を評価する装置を開発した。３Ｄプリントコンクリート供試体の上部に荷重をかけ、圧力感知プラットフォームの荷重値と変位ダイヤル値を読み取ることで、測定した３Ｄプリントコンクリートの支持力と厚さと幅の変形を取得した。

（4）混合スクリュー押出機、連続パルプ製造機、スクリューポンプ、自動制御システムなど、連続供給、混合、ポンプ、印刷機能を備えた3Dコンクリートプリンターと一連の連続供給装置を開発し、従来の3Dプリント建築部品の効率が低いという技術的問題を解決する。

（５）３Ｄプリントコンクリートの成形方法と鉄筋システムの製造・施工技術を統合し、装飾部品の３Ｄプリントのための「鉄筋コンクリートシナジー」プロセスを形成する。

応用効果△ 3Dプリント風景スケッチレンダリング △ 3Dプリント風景スケッチ実景 △ 3Dプリント風景パビリオンレンダリング △ 3Dプリント風景パビリオン実景 △ 3Dプリント風景橋レンダリング △ 3Dプリント風景橋実景対象者は同時に産業研究を展開し、毓杭江流域水環境総合管理PPPプロジェクトマネージャーオフィス生活区3Dプリント建設景観プロジェクト、南京市瓜埔鎮豊原路橋手すり補修プロジェクト、南京江北新区工業技術研究イノベーションパークバスケットボールコートサポートプロジェクト、機器室、バス停プロジェクト、南京南部新城3Dプリント景観プロジェクト、巣湖白河百楽児童公園景観プロジェクトなどを請け負い、完成させ、「企画・設計・生産・施工3Dプリント建設産業チェーン」を初歩的に形成し、良好な社会的・経済的利益を生み出した。

会社紹介

中国鉄道第四工程集団有限公司は、フォーチュン 500 企業である中国鉄道建設集団有限公司の「ベンチマーク」メンバーユニットです。ポスドク研究ステーション 1 か所、国家技術センター 2 か所、省レベル企業技術センター 11 か所、省レベル工学 (技術) 研究センター 5 か所を有し、国家科学技術進歩賞を 12 回受賞、国家作業方法賞を 24 回受賞、国家認可特許を 1,611 件取得しています。同社は、「国家文明単位」、「国家知的財産モデル企業」、「国家契約遵守・信頼企業」、「国家工事品質管理優秀企業」、「国家建築科学技術進歩・技術革新先進単位」、「中国ブランド文化影響力のある最も価値あるブランドトップ10」、「中国企業イメージ管理モデル単位」、「国家和合労使関係モデル企業」、「国家品質・誠実性ベンチマーク企業」、「国家建設業界AAA級信用企業」などの称号を相次いで授与されている。同局は2019年に各種3Dプリント設備や材料の研究開発を開始し、各子会社がこうした重点研究プロジェクトを積極的に遂行できるよう支援するために専用の研究開発基金を設立した。これまでに、こうしたプロジェクトが10件以上実施・完了しており、研究開発費は約530万元に上る。

安徽デジタル建設研究所株式会社は、中国鉄道第四工程局グループの完全子会社であり、産学研究を統合した国家ハイテク企業です。同社は国家鉄道局から重大な科学技術革新成果1件、安徽省から科学技術三等賞1件、中国鉄道建設総公司から科学技術一等賞2件、二等賞2件、中国通信運輸協会から科学技術三等賞1件、中国コンクリート・セメント協会から科学技術三等賞1件を獲得し、7件の成果が建設業界の情報化の典型事例と評価され、6件の科学技術成果が株式会社から国際的に主導的かつ国際的に先進的レベルであると認定されました。 200件以上の知的財産権が申請されており、発明特許12件を含む181件が認可されています。同社は2019年に「建築工事における装飾建築部品への3Dプリント技術の応用に関する研究」を開始し、印刷材料、印刷設備、制御システムについて詳細な研究を行った。装飾建築部品の印刷原材料の改良と性能評価試験、機械設備と制御システムの設計と製造、現場支援工事技術の3つの重点技術を研究し、3Dプリント装飾建築部品の産業化を形成した。研究結果にまとめられた方法と原則は、伝統的な建物を建設するための3Dプリント建設技術の使用に関するその後の研究に参考と参考を提供し、それによって建設業界全体での3Dプリント建設技術の推進を促進することができる。

安徽中国鉄道工程材料技術有限公司は、建設工事材料の研究開発、生産、販売、サービスを統合した国家ハイテク企業です。同社は2006年の設立以来、6年連続で中国のコンクリート混和剤業界でトップ5にランクされています。同社は、原材料の改良と性能評価、機械設備と制御システムの設計と製造、現場支援工事技術という3つの重点技術から始めて、3Dプリント材料、印刷設備、制御システムについて徹底的な研究を行ってきました。同社は、「3Dプリントコンクリート用特殊チキソトロピー剤」や「建築用3Dプリンターの連続供給システム」など、米国発明特許1件、発明特許5件、実用新案特許3件を申請しました。技術成果は、第1回全国コンクリート3Dプリントイノベーションコンテストの材料工学応用イノベーション部門で1等賞を獲得するなど、3Dプリント装飾建築部品の産業化を形成し、余杭塘江流域水環境総合管理PPPプロジェクト部の景観プロジェクト、江北新区研究イノベーションパークなどのプロジェクトに成功裏に適用され、建築業界全体で3Dプリント建設技術の推進を推進しました。

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