チューリッヒ大学、ロボットを使ってスイスの文化遺産を3Dプリント

チューリッヒ工科大学の建築家とエンジニアは、スイスの小さな村ミュレグンスに文化施設となる、3Dプリントされた柱で作られた高さ23メートルの塔を建設する計画を立てている。
チューリッヒ工科大学の研究担当副学長デトレフ・ギュンター氏は、このプロジェクトは、わずか16人の住民が暮らすこの地域を再活性化し、文化、研究、技術開発の連携を強化することを目的としていると語った。なぜなら、新しい知識は多くの場合、異なる分野の交差点で生まれるからです。
このタワーはロボット式3Dプリンターを使用して現場で建設され、高さ75フィートで、ロボットによって建設された3Dプリント構造物としては史上最も高いものの1つになると伝えられている。
△Mulegnsの3Dプリントされた白いタワーの外観レンダリング。画像クレジット: Hansmeyer/Dillenburger
ETH チューリッヒとのコラボレーションによる「エッグシェル」3D プリント技術<br /> コンクリートの 3D プリントを建設現場で機能させるには、通常、流動材料から固体に変化する過程で型枠でサポートする必要があり、コストがかかる可能性があります。直交構造も依然として標準であり、多くの建物では実際に必要な量よりも多くの材料が使用されていました。 FDM 3D プリンティングは建設用途で有望視されていますが、技術の速度、規模、そしてコンクリートを保持するための薄い印刷構造物を製造できないことが、その広範な採用を妨げています。
2020 年 7 月、ETH チューリッヒの研究者は、ロボットによる大規模な FDM 3D プリントと鋳造法を組み合わせて、新しい「卵殻」コンクリート 3D プリントプロセスを設計しました。この技術により、チームはより材料効率の高い方法で複雑な構造を生産できるようになり、材料にかかる横方向の応力を最小限に抑えて、より複雑な形状の彫刻を印刷できるようになりました。
大規模なロボット FDM 3D プリントとオンデマンドデジタル鋳造システム (2014 年にチューリッヒの以前のチームが設計したスマートダイナミックキャスティング (SDC) 方式から進化) を組み合わせることで、建設チームは単一の薄いシェルをテンプレートとして使用して、より複雑な構造を作成できます。
チューリッヒのチームはドイツのエンジニアリング会社 Basler & Hofmann と協力し、同社の本社の中庭に 3D プリントされた「未来の木」を作成する製造プロセスを導入しました。木の柱はわずか数時間で自立します。
ETH チューリッヒはこれまでにも、ザハ・ハディド・アーキテクツと共同で 5 トンの 3D プリント曲面シェルコンクリートパビリオンを制作したり、3D プリンターとロボットアームを使用して 3 階建ての住宅をデジタルで製作したりするなど、いくつかの建設プロジェクトに携わってきました。 △ホワイトタワーロビー内部イメージ図。画像提供：Hansmeyer/Dillenburger
ホワイトタワーのプリント<br /> ミュラーゲンス復活プロジェクトは、演劇監督でありオリゲン文化祭の創設者でもあるジョヴァンニ・ネッツェの発案によるものです。チューリッヒ工科大学デジタルビルディングテクノロジー研究グループのベンジャミン・ディレンブルガー教授とマイケル・ハンスマイヤー教授は、オリゲン財団と共同でこのタワーを設計した。このタワーは主に、有機的な形状の3Dプリントされた白いコンクリートの柱で構成される予定だ。
柱は4階建てで、各階の高さは4メートルから8メートルで、塔の頂上にはドーム状の屋根があり、演劇やダンス公演、コンサートの舞台となる。
ディレンバーガー氏とともに、ETH国立研究センター（NCCR）デジタルファブリケーション部門の他の3人の教授もこのタワーの開発に携わりました。 Robert Flatt 氏は印刷可能なコンクリート材料の混合を担当し、Walter Kaufmann 氏は印刷された部品の構造的完全性と接続を担当し、Andreas Wieser 氏は建設プロセスの計測と検査の要素に焦点を当てます。
タワーの建設は2022年4月に現場で開始される予定です。伝えられるところによると、ロボットプリンターは高さ3メートルの柱を2時間で印刷することができ、3Dプリントされた各要素は、塔を解体して別の場所に再建できるように設計される予定だ。
建設に 3D プリント技術を使用すると、複雑な形状の柱を製造できるようになり、型枠が不要になるため、使用する原材料も少なくなります。
△ 劇場監督ジョヴァンニ・ネッツァー氏、ETH研究担当副学長デトレフ・ギュンター氏、連邦議長ガイ・パルメリン氏、グラウビュンデン州政府委員会のマリオ・カヴィジェッリ氏（左から）。写真：ベンジャミン・ホーファー
コンクリート 3D プリント<br /> 建設分野では、新しい建物の建設時に材料特性を強化し、製造時間とコストを削減し、材料効率を高めるために 3D プリントがますます使用されています。
近年、この分野でも進歩が見られ、カリフォルニア大学バークレー校の研究者らは、3Dプリントされたポリマーの八角形格子を補強材としてコンクリート構造物に組み込む新しい方法に取り組んでおり、基本的な耐荷重性を維持しながら構造物を軽量化している。
他では、スリランカのスリ・ジャヤワルダナプラ大学と英国のノーサンブリア大学の研究者らが、難燃性コンクリート壁を3Dプリントするための最適なパラメータ設定を特定した。一方、スウィンバーン工科大学と河北工科大学の科学者らは、建設廃棄物を3Dプリントコンクリートに再利用することで、業界の持続可能性を高めようとしている。
5月、バレンシア工科大学の研究チームは、レゴブロックのように組み立てて所定の位置に固めることができる3Dプリントプラスチックブロックの形で、鉄筋コンクリート梁に代わる特許取得済みの3Dプリント代替品を開発した。

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