建設3D印刷（c3Dp）または3D建設印刷（3DCP）は、3D印刷を建物や建設部品を製造するためのコア方法として使用するさまざまな技術を指します。 コンクリート押出技術を指すために使用される「3Dコンクリート」のようなサブグループを指すために、大規模添加剤製造（LSAM）、またはフリーフォーム構築（FC）などの代替用語も使用されている。
建設規模では、押出（コンクリート/セメント、ワックス、発泡体、ポリマー）、粉末結合（ポリマー結合、反応性結合、焼結）、添加剤溶接の3つの方法があります。 建設規模での3D印刷は、民間、商業、工業、公共の分野で幅広い用途を持つでしょう。 これらの技術の潜在的な利点には、迅速な建設、人件費の削減、複雑性や精度の向上、機能の統合の強化、生産される廃棄物の削減などがあります。
工業用ロボット、ガントリーシステム、拘束自律型車両を使用して、建物および建設部品のオンサイトおよびオフサイト製作を含む多くの異なるアプローチがこれまでに実証されている。 これまでの建築用3D印刷技術のデモンストレーションには、住宅、建設コンポーネント（クラッドおよび構造パネルおよびコラム）、橋および民間インフラストラクチャ、人工サンゴ礁、馬小屋および彫刻の製作が含まれていました。
この技術は、建設業界や学術機関（Purdue University）の有名な人たちによってバックアップされたものなど、多くの新会社が近年急速に普及しています。 これは、最初の3D印刷された建物（Winsun）、最初の3D印刷された橋（D字形）、公共の建物（XtreeE）の最初の3D印刷された部分、ヨーロッパで初めての3D印刷された建物CIS（Specavia）は当局（3DPrinthuset）によって完全に承認されたヨーロッパの最初の3D印刷物の建物で、他の多くのものの中でも特に人気があります。
歴史
シード技術1950年 – 1995年
1950年代にはロボット式の煉瓦造りが概念化され、調査され、1960年代にコンクリートやイソシアネートの泡が泡立てられた自動建設に関する技術開発が始まりました。 1980年代と1990年代の清水、日立の高層ビル建造の危険性に対処するために、スリップフォーミング技術を用いた建物全体の自動製作と3D印刷に似た部品のロボット組み立てがパイオニアでした。 現場での自動化へのこれらの初期のアプローチの多くは、建築の「バブル」、新しいアーキテクチャに対応できないこと、ビルドアップされたエリアでの材料の供給と準備の問題のために確立されました。
初期の開発1995年 – 2000年
1995年以来、初期の3D印刷の開発と研究が行われています。この技法は蒸気を利用してレイヤーやソリッドパーツを選択的に結合する砂/セメント形成技術に焦点を絞ったJoseph Pegnaの2つの方法が発明されました実証されたことはなかった。
Behrohk KhoshnevisによるContour Craftingは、新興のポリマーおよび金属3D印刷技術の代替として、最初は新規のセラミック押出成形法として開始され、1995年に特許を取得しました。この技術は、 「現在の方法は、一般に各寸法が1メートル未満の部品寸法の製作に限定されている。 2000年頃、KhoshnevisのUSC Vertibiチームは、セメント系およびセラミックペーストの建設規模の3D印刷に注力し、モジュール式補強、内蔵配管および電気サービスの自動統合を包括して探求しました。 この技術は今日まで実験室規模でテストされており、論争の余地があり、中国における最近の取り組みの基礎を形成していると言われています。
第一世代2000年 – 2010年
2003年にRupert Soarは資金調達を行い、イギリスのLoughborough大学でフリーフォーム建設グループを結成し、既存の建築アプリケーション用の3D印刷技術の可能性を探った。 初期の作業では、建設規模の技術に対する現実的なブレーク・イーブンに達するという課題が明らかになり、統合設計（多くの機能、1つのコンポーネント）の価値命題を大幅に増やすことによってアプリケーションに道が開かれる可能性があることが強調されました。 2005年には、「オフザシェルフ」コンポーネント（コンクリートポンプ、スプレーコンクリート、ガントリーシステム）を使って大規模な建設用3D印刷機を構築するための資金を確保し、そのようなコンポーネントがどれほど複雑であり、現実的に建設需要を満たすかを調査しました。
2005年、イタリアのエンリコ・ディーニ（Enrico Dini）は、約6m×6m×3mの領域に粉体噴射/接着技術を大規模に適用したD-Shape技術の特許を取得しました。 この技術はもともとエポキシ樹脂結合系で開発されたが、後に無機結合剤を使用するようになった。 この技術は、建設やその他の分野でのプロジェクトのために商業的に使用されてきました。
最も最近の進展の1つは、IaaCとAccionaと協力してこの種の世界初の橋を印刷したことです。
2008年、3Dコンクリート印刷は英国のラフバラー大学で開始され、リチャード・バスウェルとその同僚たちは先行研究のグループを拡張し、ガントリーベースの技術から産業用ロボットへの商用アプリケーションを検討し、技術をSkanskaにライセンス供与することに成功しました。 2014年
第二世代2010 – 現在
2015年1月18日に、3Dプリントコンポーネントを使用して、2つの建物、マンションスタイルのヴィラ、5階建てのタワーを発表し、さらに報道されました。 詳細な写真検査は、建物がプレキャストと3Dのプリントコンポーネントの両方で製造されたことを示しています。 建物は、建築用3D印刷技術を使用して製造された最初の完全な構造物として立つ。 2016年5月、ドバイに新しい「オフィスビル」が開設されました。 250平方メートルのスペース（2,700平方フィート）は、ドバイの未来博物館のプロジェクトが世界で初めて3Dプリントされたオフィスビルと呼ばれるものです。 2017年、アラブ首長国連邦で3D印刷された超高層ビルを建設する意欲的なプロジェクトが発表されました。 カザの建設は構造を構築するのに役立つだろう。 現在、建物の高さや正確な場所など、具体的な詳細はありません。
フリーファブ・ワックス（FreeFAB Wax）は、ジェームズ・B・ガーディナーとスティーブン・ジャンセンがLaing O’Rourke（建設会社）によって発明したものです。 特許技術は2013年3月から開発されています。この技術は、高密度のエンジニアリングワックス（最大400L /時）を印刷するために建設スケールの3D印刷を使用して、ガラス繊維強化プレキャストコンクリート用の「高速で汚れた」3D印刷モールドを製作しますコンクリート（GRC）および他の噴霧可能/キャスタブル材料が挙げられる。 次いで、型鋳造面を5軸ミリングして約5mmのワックスを除去し、高品質の型（約20ミクロンの表面粗さ）を作製する。 コンポーネントが硬化した後、モールドは粉砕または溶融除去され、ワックスはろ過されて再使用され、従来のモールド技術と比較して廃棄物を大幅に削減します。 この技術の利点は、従来の金型技術と比較して、金型製造速度の高速化、生産効率の向上、労働力の削減、個別金型材料の再利用による廃棄物の仮想的排除です。
このシステムは、もともと工業用ロボットを使用して2014年に実証されました。 このシステムは、後で、システムに必要な高速および表面ミリングの許容誤差を達成するために、5軸高速ガントリとの統合に適合しました。 最初の工業化システムは、英国のLaing O’Rourke工場に設置されており、2016年後半にロンドンの著名なプロジェクトの工業生産を開始する予定です。
Loris JaarmanとMX3D Metalによって設立されたMX3D Metalは、2つの6軸ロボット式3D印刷システムを開発しました。最初は熱可塑性プラスチックを使用し、特にこのシステムでは自由形状の非平面ビーズの製造が可能です。 2つ目は、過去の様々なグループによって追加溶接技術が開発されてきたが、MX3Dメタルシステムがこれまでに最も多く達成されている追加溶接（本来のスポット溶接でのスポット溶接）に依存するシステムです。 MX3Dは現在、アムステルダムの金属橋の製造と設置に取り組んでいます。
BetAbramは、スロベニアで開発された単純なガントリーベースのコンクリート押出3Dプリンタです。 このシステムは2013年以来、消費者に3つのモデル（P3、P2、P1）を提供する商業的に利用可能です。最大のP1は、16m×9m×2.5mまでのオブジェクトを印刷できます。 Rudenkoによって開発されたカスタムカスタムコンクリート3Dプリンタは、ガントリー構成に搭載されたコンクリート析出技術で、Winsunやその他のコンクリート3D印刷技術と同様の出力を持ちますが、軽量のトラスタイプのガントリを使用しています。 この技術は、フィリピンの城とホテルの部屋の裏庭スケール版を製作するために使用されています
世界初の建設用プリンターの連続生産は、Yaroslavl（ロシア）を拠点とするSPECAVIA社によって開始されました。 2015年5月には、建設用3Dプリンタの最初のモデルを導入し、販売開始を発表しました。 2018年の初頭に、企業グループ「AMT-SPEСAVIA」は、小規模な形式（小さな建築形式の印刷）から大規模（印刷の建物の3階まで）のプリンターの7つのモデルのポータル構築プリンターを製作しています。 今日、 “AMT”商標のロシア制作の3Dプリンターは、2017年8月に3DPrinthuset（デンマーク）用に最初の建設用プリンターがヨーロッパに配達されたことを含むいくつかの国で営業しています。 このプリンタは、EUで最初の3D印刷された建物（50m2のオフィスホテル）を建設するためにコペンハーゲンで使用されました。
XtreeEは、6軸ロボットアームの上にマウントされたマルチコンポーネント印刷システムを開発しました。 このプロジェクトは2015年7月に開始され、Saint Gobain、Vinci、LafargeHolcimなどの建設業界での強力な名前の協力と投資を誇っています。
3DPrinthusetは、デンマークの3DPrintingスタートアップ企業でもあり、2017年10月に独自のガントリーベースのプリンタで建設拠点にも進出しました.NCCやForce Technologyなどのスカンジナビア地域での強力なコラボレーションにより、スピンオフは急速に伸びましたヨーロッパで最初の3DPrinted Houseを建設することで、 ビルディング・オン・デマンド（BOD）プロジェクトは、構造が呼ばれているように、コペンハーゲン、ノールハウヴン地区の小さなオフィスホテルで、壁と土台の一部が完全に印刷されています。その他の工事は伝統的な建築で行われます。 2017年11月現在、3DPrintedパーツはすべて完成している間に、建物はフィクスチャと屋根の施工の最終段階にあります。
設計
建築家のJames Bruce Gardinerは、2つのプロジェクトでConstruction 3D Printingの建築設計を先駆けました。 最初のFreefab Tower 2004と2番目のVilla Roccia 2009-2010。 FreeFAB Towerは、元来のコンセプトに基づいて、ハイブリッド型の建築用3D印刷とモジュラー構造を組み合わせました。 これは建築3D印刷の使用に焦点を当てた建物の最初の建築設計でした。 Winsunのオリジナルのプレスリリースや将来のオフィスに関する記事を含むWinsunの様々なデザインに影響を与えることができますFreeFAB Towerプロジェクトは、建築3D印刷における多軸ロボットアームの最初の投機的使用、そのような機械の使用MX3Dおよびブランチ・テクノロジーによるプロジェクトで近年着実に成長しています
Villa Roccia 2009-2010は、この先駆的な仕事を、D-Shapeと協力してイタリアのサルデーニャ島Porto Rotondoにあるヴィラのデザインをさらに進化させました。 ヴィラのデザインは、サルデーニャ島沿岸の岩石層に影響されたサイト固有の建築言語の開発に重点を置いており、パネル化されたプレハブ3D印刷プロセスの使用も考慮に入れています。 プロジェクトはプロトタイピングを経て完全な建設に進まなかった。
フランシス・ロシュ（Francis Roche、R＆Sie）は、2005年に展示プロジェクトとモノグラフ「私は聞いたことがあります」を開発し、自立3D印刷装置のような高度に投機的な自走蛇の使用と高層住宅の塔を創る設計システムを探求しました。 現代または現代の技術で実践することは不可能ではあるが、プロジェクトは設計と建設の未来を深く探求した。 この展覧会では、大規模なCNCフライス加工とフォームのレンダリングを展示し、自由形状のエンベロープを作成しました。
オランダの建築家Janjaap Ruijssenaarsのパフォーマンスアーキテクチャの3D印刷された建物は、オランダ企業のパートナーシップによって建設される予定でした。 家は2014年末に建設される予定でしたが、この期限は満たされませんでした。 両社は、まだプロジェクトにコミットしていると述べている。
3Dプリンテスによって印刷され、建築家Ana Goideaによってデザインされた小規模オフィスのホテルであるBOD（Building On Demand）は、曲面の壁とその表面に波及効果を組み込み、3D印刷が水平面内で許す設計自由度を示しています。
構造
3D印刷された建物
3Dプリントキャナルハウスは、地上から降りるための最初の本格的な建設プロジェクトでした。 短い時間で、Kamermakerはさらに生産速度を300％向上させるために開発されました。 しかし、進歩は「世界初の3Dプリントハウス」のタイトルを獲得するのに十分迅速ではなかった。
3次元印刷工事技術を用いて建設されたヨーロッパとCISの最初の居住用建物は、面積298.5平方メートルのヤロスラブリ（ロシア）の住宅でした。 建物の壁は、2015年12月にSPECAVIA社によって印刷された。壁の600要素が店内に印刷され、建設現場で組み立てられた。 屋根構造と内装を完成させた後、同社は2017年10月に完全に完成した3D建物を発表した。このプロジェクトの特色は、世界で初めて建築の技術サイクルが終わったことである：設計、建物の取得許可、建物の登録、すべての工学システムの接続。 ヤロスラブリの3Dハウスの重要な特徴は、このプロジェクトと他の実装されたものとを区別します。これはプレゼンテーションの構造ではなく、本格的な住宅の建物です。 今日、それは本当の普通の家族の家です。
オランダと中国のデモンストレーションプロジェクトは、中国、ドバイ、オランダで徐々に3D印刷の建物を建設しています。 新しい工場ベースの建築技術の可能性を国民に教え、住宅の3D印刷の革新を促進するための努力を使用する。 小さなコンクリートの家が2017年に3D印刷されました。
ヨーロッパの最初の3DプリントハウスであるBOD（Building on Demand）は、ノルダヴァンのコペンハーゲンにある小さな3Dプリントオフィスホテルの3DPrinthusetが率いるプロジェクトです。 2017年11月現在、3DPrintedパーツはすべて完成している間に、建物はフィクスチャと屋根の施工の最終段階にあります。 この建物は3Dで印刷された最初の恒久的建築物でもあり、すべての許可証が所内にあり、当局によって完全に承認されています。
3Dプリントブリッジ
スペインでは、世界で3Dで印刷された最初の歩行者用橋（3DBRIDGE）が2016年12月14日、マドリードのアルコベンダスにあるカスティーリャ・ラ・マンチャの都市公園で発足しました。 使用された3DBUILD技術は、3D印刷要素の構造設計、材料開発および製造を担当していたACCIONAによって開発されました。 橋梁の全長は12メートル、幅は1.75メートルで、マイクロコンクリートのコンクリートで印刷されています。 建築設計は、カタロニア先進建築研究所（IAAC）が行った。
フットブリッジを構築するために使用された3Dプリンタは、D-Shapeによって製造されました。 3D印刷された橋は、自然の形態の複雑さを反映し、パラメトリックデザインと計算設計によって開発され、材料の分布を最適化し、構造的性能を最大限にし、必要な場所にのみ材料を配置することができます。形態の自由。 3D印刷されたAlcobendasの歩道橋は、大規模な3D印刷技術が公共の場での土木工学の分野で初めてこのプロジェクトに適用されたため、国際レベルで建設業界にとって画期的なものでした。
地球外プリント構造
建物の印刷は、月や火星の生息地など、地球外の生息地を建設するための特に有用な技術として提案されています。 2013年現在、ヨーロッパ宇宙局（EPA）は、ロンドンのFoster + Partnersと協力して、通常の3D印刷技術を使用して月面を印刷する可能性を検討しています。 建築会社は2013年1月に月面レゴリス原材料を使用して月面建築構造物を生産する建物建設用3Dプリンタ技術を提案し、密集した膨張可能な生息地を使用して、 全体として、これらの生息地は、構造物質量の10％だけが地球から輸送されることを要求し、地方の月材料を構造物質量の他の90％に使用する。
ドーム型構造体は体重を支えるカテナリー形状であり、鳥骨を連想させる独立気泡構造によって構造的支持が提供される。 この構想では、月の土の「印刷された」土壌は、月の乗員のための「放射線と断熱」の両方を提供します。 ビルの技術は月の材料とマグネシウム酸化物を混合し、結合塩が適用されたときに「モンススフを噴霧してブロックを形成することができるパルプにする」ことを「石材のような固体に変換する」。 あるタイプの硫黄コンクリートも想定されている。
陸上実験室で大型の真空チャンバを使用して月の模擬物質を用いた建築構造の3D印刷のテストが完了しました。 この技術は、表面に毛細管力を介して2ミリメートル（0.079インチ）スケールの小滴を捕捉した3Dプリンターノズルでレゴリスの表面下に結合液を注入することを含む。 使用したプリンタはD形でした。
着陸パッド、爆破保護壁、道路、ハンガーおよび燃料貯蔵庫を含む様々な月構造要素が3D構造印刷のために考案されている。 2014年初頭に、NASAは南カリフォルニア大学での小規模な研究に資金を提供し、さらに発展させました
Contour Crafting 3D印刷テクニック。 この技術の潜在的な用途には、地球からの輸送を必要とする物質のわずか10％を占める最大90％の月の物質からなる物質の月構造を構築することが含まれます。
NASAはまた、低出力（1500ワット）のマイクロ波エネルギーを使用して月塵の焼結を含む異なる技術を検討している。 月の材料は、ナノ粒子の粉塵をセラミックのような固体ブロックに融合させるために、融点より幾分低い1,200〜1,500℃（2,190〜2,730°F）に加熱することによって結合され、 Foster + Partnersが必要とする地球からのバインダー材料の輸送、外形建造物への輪郭作成、D字型のアプローチ。 この技術を使って月面を構築するための具体的な提案計画の1つは、SinterHabと呼ばれ、JPLの6足歩行型ATHLETEロボットを使用して、自律的または遠隔的に月構造を構築する。
建設速度
2006年からBehrokh Khoshnevisは3D印刷のために1日を要請しており、約20時間の “プリンタ”時間で概念的に建物を完成させることを主張しています。 2013年1月までに、3D印刷建築技術の現用版では、1時間当たり建築材料2メートル（6フィート7インチ）を印刷していました。フォローオン世代のプリンタは、時間当たり3.5メートル（11フィート） 1週間で建物を完成させるのに十分です。
中国企業WinSunは、速乾セメントとリサイクル原材料の混合物を使用して大型3Dプリンタを使用していくつかの住宅を建設しました。 デモンストレーションハウス10館はウィンズンが24時間で建設したと言われ、それぞれ5000ドル（構造、足踏み、サービス、ドア/窓、フィットなどは含まれていません）です。 しかし、建築3D印刷のパイオニアであるBehrokh Khoshnevis博士は、これが偽造され、WinSunが彼の知的財産を盗んだと主張しています。
研究と公衆の知識
アイントホーフェン工科大学の3Dコンクリート印刷（3DCP）プロジェクトや、カタロニアの先端建築研究所（Pylos、Mataerial、Minibuilders）の様々なプロジェクトなど、3D Construction印刷を扱う研究プロジェクトがいくつかあります。 研究プロジェクトのリストは、この分野への関心の高まりにより、ここ数年でさらに拡大しています。
最先端の研究
このプロジェクトの大半は、印刷技術、材料技術、およびさまざまな問題など、技術の背後にある物理的側面の研究に焦点を当てています
それらに関連する。 3DPrinthusetは最近、35以上の異なる3D Construction印刷関連プロジェクトを訪問することにより、世界中のテクノロジーの現在の状態を探ることに向けた研究を推進しました。 各プロジェクトごとに、研究報告書が発行され、収集されたデータは、さまざまな技術すべてを共通の標準化された分類および用語で最初の試みに統合するために使用されています。 パデュー大学の研究者は、初めてセメントベースの建築材料を製造するためのDirect-ink-Writingと呼ばれる3D印刷プロセスを開発しました。 彼らは3D印刷を使用して実証し、セメント系材料の生物学的に刺激された設計が実現可能であり、欠陥耐性およびコンプライアンスなどの新規な性能特性を達成することができる。
最初の3D建設印刷会議
3DPrinthusetはこの研究に加えて、新興産業で最も強い名前を集めて将来の可能性と課題について議論するため、3D Construction印刷に関する2つの国際会議（それぞれ2017年2月と11月）を開催しました。 今回のカンファレンスは、この種の最初のもので、D字型、等高線工法、サイビー工事、アイントホーフェンの3DCP研究、Winsunなどの名前を集めました。 3D建設の印刷専門家にとって、Sika AG、Vinci、Royal BAM Group、NCCなどの名前を持つ、伝統的な建設業界の主要企業からの強いプレゼンスが初めてあります。 アイデア、アプリケーション、問題、課題を共有し、議論することができる、より統一されたプラットフォームが3D構築印刷分野に必要であるという一般的な考えが出てきました。
メディア関心
最初のステップは30年近く前に行われていますが、3D Construction印刷は長年にわたって手を差し伸べています。 いくつかのメディアの注目を集めた最初の技術は、Contour CraftingとD-Shapeで、2008〜2012年に散発的な記事がいくつかあり、2012年のTVレポートがあります。 D-Shapeは、「家を印刷する男」と呼ばれる創作者エンリコ・ディーニ氏専用の独立したドキュメンタリーにも登場しています。
Winsunが製作したプレハブ3D印刷コンポーネントを使用して、最初の3D印刷された建物が発表されました。これは、その技術で1日に10軒の家を印刷できると主張しています。 主張はまだ確認されているが、ストーリーは幅広い牽引力を持ち、分野への関心が高まっている。 数ヶ月で、多くの新しい企業が登場し始めました。 これにより、2017年に最初の歩行者の3D印刷橋と最初のサイクリストの3D印刷された橋と、2016年に3D印刷で作られた初期の構造要素など、多くの新しい取り組みがメディアにもたらされました。
最近、3DPrinthusetは、欧州で初めての恒久的な3D印刷物で、メディアの注目を集めています。 このプロジェクトは建築許可証と文書を所蔵した最初の3D印刷された建物であり、建築当局のより広い受け入れのための決定的なマイルストーンである市当局からの完全承認を得るための重要な前例を設定しました。 この話は、国内メディアと国際メディアの両方で広範囲にわたり、デンマーク、ロシア、ポーランド、リトアニアのテレビで多くの番組に登場しました。