ORNL、ケーブルマウント構造建物向け3Dプリント技術の特許を取得

出典: 未知の大陸

オークリッジ国立研究所（ORNL）は、空中に浮かせた状態でノズルを使用して建物全体を3Dプリントできる、ケーブル駆動による新しい建設プロセスの特許を取得しました。「Sky Big Area Additive Manufacturing」、略して「SkyBAAM」というニックネームが付けられたこの技術は、ワインダーに接続されたテザーを使用して操作するように設計されており、ユーザーはエンドエフェクタの動きを空間的に完全に制御できます。

SkyBAAM の開発者らは、セットアップが簡単で、現在ガントリーマウント型システムを導入する際に必要とされる「商業的実現可能性の妨げとなっている」大規模な現場準備が不要であると述べている。

FedInvent で公開された特許文書によると、この特許は「3D ワークスペース内で直線移動を実行するように構成されたエンドエフェクタ、少なくとも 1 本の吊り下げケーブルを介してエンドエフェクタを吊り下げる空中リフト、空中リフトの下に配置された複数のベースステーション、および各ベースステーションから伸びる制御ケーブルを含む、ケーブル駆動の付加製造システム」を対象としています。

ORNL の「SkyBAAM」3D 印刷システムの概略図。
ORNL のガントリー 3D プリント代替品<br /> SkyBAAM のチームは、特許の前文で、従来の方法で平均的な一戸建て住宅を建てると 3 ～ 7 トンのコンクリート廃棄物が発生することを実証しています。対照的に、ORNL のエンジニアは、3D プリントを利用することで、「より少ない材料」とエネルギーを使用しながら、「ユニークな形状」を持つより持続可能な構造物を作成できると述べています。

現在の建設システムの多くはガントリーにノズルを取り付けており、ユーザーは必要に応じてコンクリートの堆積量を調整し、最大 3 階建ての構造物を建設できます。たとえば、PERI グループはこれまで、COBOD のガントリー BOD2 プリンターを使用して、ドイツで 3 階建てのアパートを建設し、引き続き同国の賃貸市場に出品してきました。

ICON は、Vulcan テクノロジーにも大きな投資家の関心を集めており、同社は継続的な開発をサポートするために 2 億 6,600 万ドル以上の資金を調達しました。他の建設用 3D プリンターのようにガントリーに接続されていないものの、2021 年半ばに発売予定の次世代 Vulcan でも、プリントヘッドは平行ベースステーションに取り付けられ、移動されます。

しかし、このような3Dプリンターへの関心が高まっているにもかかわらず、ORNLチームはその複雑な設定を批判し、それが「商業的導入の障壁」になっていると述べた。技術者らはまた、現在のプリント構造は他のファサード材料ほど「美的に美しく」なく、長期的な補強が必要になる可能性があるため、「改良された大規模で現場に展開可能な」システムが必要だと述べた。

SkyBAAM 3Dプリンターを動作させるには少なくとも3つのベースステーションが必要ですが、必要に応じてこの数を増やすことができます。
ケーブル駆動式 SkyBAAM 構造<br /> 従来のコンクリート 3D プリンターとは異なり、ORNL の特許で概説されている SkyBAAM システムは、現場のベースステーションから制御できる一連の滑車を使用して動作するように設計されています。機械の上部には、セメントと互換性のあるあらゆるノズルに接続できると言われる吊り下げられたエンドエフェクタと、材料を供給するためのホースを運ぶことができるブームがあります。

実際には、SkyBAAM の発明者らは、ベースステーションのうち 2 つにワインダーなどのアクチュエーターを装備してノズルを所定の位置に動かし、3 つ目のステーションは受動ベースとして機能して張力制御のみを行う必要があると述べています。しかし、研究者らは、追加のワークステーション、ケーブルガイド、自動操作用の中央コントローラーなど、システムをカスタマイズする余地も残しました。

この機械の特許によれば、ガントリーからケーブルマウント方式に切り替える主な利点の 1 つは、プーリーを取り外し可能に固定できるため、ケーブルマウント方式の展開が容易になることです。さらに、このシステムは、通常のケーブル駆動システムに必要な 6 つの自由度と比較して、わずか 3 つの自由度で動作するように設計されており、導入がよりシンプルで簡単になっていると言われています。

SkyBAAM 3Dプリンターはまだ開発の初期段階にあるかもしれないが、ORNLは実験レベルでの導入を止めておらず、2020年5月には研究者らがこの技術を使用して、エネルギー効率の高い室内冷却システムとして機能する電子機器を内蔵した初の「スマートウォール」を構築した。

「SkyBAAM のユニークな点は、大型の積層造形システムでは一般的なガントリーシステムが不要になることです」と、ORNL の研究者であるブライアンポスト氏は、2020 年に EMPOWER スマートウォールを発表した際に述べました。「最小限の現場準備で、数時間で建設現場に設置できます。」

ORNL の SkyBAAM 3D 印刷技術 (特許番号「11230032」) の詳細については、こちらをご覧ください。

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