輪郭加工(Contour crafting)は、コンピューター制御のクレーンまたはガントリーを使用して、手作業を大幅に減らすことなく迅速かつ効率的に建造物を造る、南カリフォルニア大学情報科学研究所(ビータービ工科大学)のBehrokh Khoshnevisによって研究されている建築印刷技術です。 もともとは工業用金型を作る方法として考えられていました。 Khoshnevisは、自国のイランを襲った壊滅的な地震のような自然災害の後に再建する手段として、急速な家屋建設のための技術を採用することに決めました。

クイックセッティングのコンクリートのような素材を使用して、コンタークラウニングは、クレーンによって設置された床と天井が上になるまで、家の壁を層ごとに形成します。 概念的なコンセプトは、構造部品、配管、配線、ユーティリティ、さらにはオーディオビジュアルシステムのようなコンシューマ機器を層が組み込まれるように挿入することを必要とする。

特徴
この技術は、特別なコンクリートの層の後に、プログラムによって定められた経路に沿って層を押し出し(押出)し、建物の壁を成長させることから成っており、この技術はこの名前を持っています。 これは、StratasysFDM®技術(作業ファイルに従って加熱熱可塑性フィラメントの積層)を使用する従来の3D印刷と非常に似ています。

この技術の特徴は、機械の追加の工具(設計位置に支持および支持構造要素を設置するマニピュレータ、エンジニアリング通信(ジャンパ、床梁/カバービーム、トラス構造、トレー、煙突、換気チャネル、など)。

構造要素(壁、床)を支持するための建築材料は、鉄鋼またはポリマーのマイクロファイバーで補強された高速硬化反応粉末コンクリートです。 反応粉末コンクリートの特徴は、結合剤/固体成分の比、並びに最高性能特性を損なうことなく粗大な凝集体が存在しないことである。 添加剤(過可塑剤、硬化促進剤、繊維)で改質された細粒および砂質コンクリートのようなより安価なタイプのコンクリートも使用することができる。

補強技術は、革新的な技術で製織されたボリュームメッシュフレームワークに適用することができます。 理論的には、このようなフレームワークは、構築中に単一の構造に結びつけることができます。

技術の利点は、建設のスピードにあります。 車によると、それは150平方メートルの面積を持つ住宅の建物を構築することができます。 24時間後に

不利な点は、複雑な構造であり、場合によっては、支持構造を作成する必要があるため、オープンプランの建物や複雑な建築形態が不可能であることです。

歴史
Caterpillar Inc.は、2008年の夏にビテルビプロジェクトの研究を支援するための資金を提供しました。

2000年代初頭には、理論的な原則と最初のフィードバックが利用可能であり、多くの著者は、ロボットまたは単一のマルチタスキングロボットによるビル全体の自動ビルディングシステムの未来をテストまたは計画しています。

2002年から2004年の間に、建設における自動化の開発は、他の分野(特に自動車および産業用ロボット)よりも遅かったが、他の業種の分野で使用されていた材料を追加することによる迅速なプロトタイプ化と、材料(セメント、石膏、未硬化セラミックス、アドビ、プラスチック、樹脂、ポリマーまたはブレンドの原則を使用して…)は、今理論的には、月や他の惑星、南カリフォルニアの

2007年には、天井走行クレーンの代替案が検討されています。吊り下げられたケーブルの移動による宇宙空間に向けられたプリントヘッドの使用。これらの動きはコンピュータによって制御されます。 このオプションはオハイオ州のBosscherと彼の同僚によって研究されており、2008年に改善されました。

2008年、Caterpillar社は研究プロジェクトViterbi(2008年夏)を支援するための資金を提供することを決定しました。

2009年、Singularity University(非公式のシリコンバレー大学)の大学院生が、プロジェクトディレクターとしてKhosnevisとACASAプロジェクトを立ち上げ、 “Contour Crafting”(CC)技術を商品化しました。

Khoshnevisによれば、2010年にはクレーンや電気ガントリー(クリーンなエネルギー源、安全で緑色の電気で再生可能)でフルハウスを1日で​​作ることができます建築材料の無駄。 この課題が満たされれば、この技術は環境への影響と炭素の足跡と家屋建設の生態学的フットプリントを強く制限する可能性がある。

同年同年、KhoshnevisはNASAが、惑星火星および/または月に拠点を建設するためにContour Craftingを使用する可能性を評価することを発表しました。 Zacnyらによって2年前に研究された質問。 とZeng al(2007)。

2013年には、初期の作業(2005年)に基づいて、そして月探査機の現場での構築が可能であることを考慮して、NASAは南カリフォルニア大学での小さな研究をコントロールし、潜在的なアプリケーションの中で、 ISRUモード(現場での資源利用)、すなわち、少なくとも月材料の90%と地球から輸入された材料の10%以下を含む材料を用いて月に構築することができる構造物またはインフラストラクチャーのことである。

2017年3月に発表されたYHNOVAの社会住宅は、ナントの大学で特許を取得したテクニック「Batiprint3D」に基づいてナントで生まれ、CNRS、School Centrale、 InriaとIMT Atlantique、およびNantes大学の特許を取得しています)。

Khoshnevisは2010年に、NASAが火星と月の拠点の建設に適用されたためにContour Craftingを評価していると述べました。 3年後、2013年に、NASAは南カリフォルニア大学で、Contour Crafting 3D印刷技術をさらに発展させるための小規模な研究に資金を提供しました。 この技術の潜在的な用途には、地球から輸送される材料のわずか10%で月の90%の材料でできた月の構造を構築することが含まれます。

2017年、Contour Crafting Corporation(そのうちのKhoshnevisがCEO)はDoka Venturesとのパートナーシップと投資を発表しました。 プレスリリースでは、彼らは「来年早々に最初のプリンタの提供を開始する」と主張している

原理
家はコンピュータで設計され、データは3Dプリンタに転送されます。 3Dプリンタは、建物よりも大きな全自動ガントリロボットです。 急速硬化する特殊コンクリートおよび通常コンクリートは、コンクリートコンテナを介して供給される。

最初に、ガントリロボットは、高速硬化特殊コンクリートを使用して、フレームレイヤーをレイヤーごと注ぎます。 コンピュータで制御されるスプレーノズルは、コンクリートの薄い痕跡を地面に置き、2つのサイドマウントトローセルによって最終形状にもたらされます。 その後、フレームは通常のコンクリートで満たされます。 さらに、完成した鋼のフレームワークなどを導入することができる。 したがって、建物はコンピュータ描画の後に正確に作成されます。

ラピッドプロトタイピングのこの原則は、米国の研究者Behrokh Khoshnevis(ロサンゼルス南カリフォルニア大学教授)によって開発されました。

メソッド
一般に、自動化されたシステムは、材料の添加、形成または減法管理を可能にする。 彼らはまた、その場で3つのアプローチを組み合わせることもできます。

CC(Contour crafting)方法は、ファウンダリ、ガラスまたはプラスチックのための工業部品を製造するための型を機械加工または成形し、次いで3Dプリンタ用に製造された大規模な建設ソフトウェアおよびハードウェアツールのニーズに適応する。

1990年代半ば以降、Khoshnevisは、地震などの自然災害(津波、地震)が激しくなった後などに、これらの技術を徐々に家庭建設プロジェクトに適用しています。 彼の祖国、イランに襲いかかった)、あるいは他の惑星であっても、人間存在との宇宙探査の文脈で。 ヨーロッパでは、イタリアのエンリコ・ディーニが独自のマシン「D-Shape」を開発しました。このマシンは、無機結合剤で硬化した砂の層を堆積させ、最高6mの物体を生産します(2014年)。

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最初のケースでは、砂とセメントのコンクリートのような「硬化促進剤」の形状で、層ごとに – 家の壁や要素、ガントリークレーンによって設定された床、天井、屋根まで – またはクレーン。

配管、電気およびコンピュータ配線、換気または絶縁材料の挿入に必要な空隙は、コンピュータ計画の上流に提供されるが、ロボットおよびそのガントリは、理論的には、構造物のパイプまたはいくつかの二次要素、テッセレーション、タイル、プラスター、塗料など

代替品または生態系の変種
彼らは、広範囲に利用可能で、生態系の足跡(砂、砂利、粘土など)が少なく、太陽エネルギーなどの自由で安全なエネルギー源を使用する基本的な材料を使用することを目指しています)..

最近(2012年〜2013年)、芸術的および/または技術的な実験では、時には大きなサイズの砂の中にオブジェクトまたは装飾を構築する機械を使用していました。 これは、次の例の場合です。

設計者のMichael HansmeyerとBenjamin DillenburgerがETH Zurich 36の建築部門で製作した印刷された建築物(または “計算アーキテクチャ”)のセットまたは要素。この場合、3Dプリンタは、大きな物体(柱、壁、部屋)砂。 この作品は、フランスで2014年にオルレアンのFRACで展示されるはずの古典彫刻の手段で達成することはほとんど不可能な、複雑で装飾的な建築物を迅速に製作するためのアルゴリズムから形成されました

一度に複数の方向(垂直、水平の2つの面)で印刷することができ、複雑な、場合によっては自立した形(家具、壁、彫刻など)を作成することができるコンピュータ制御の「石膏スプレーロボット」によって造られた彫刻またはユーティリティオブジェクト。 (エネルギーと環境デザインのリーダーシップ)の環境に配慮した接着剤で砂で造られた砂の上に構築されたこのロボットは、Shergill、Anna Kulik、Petr Novikovによって生産され、Jordi Portell、 IAACのMarta Male AlemanyとMiquel Iloveras(カタロニア先進建築研究所(カタロニアの先端建築研究所;

溶けた砂の中の物体。 融合は、砂漠の砂の更新された層に太陽光ビームを集中させることによって生成される。 最初の非常に簡単なプロトタイプを開発したMarkus Kayser氏が、太陽電池パネルを搭載したコンピュータ(「Solar Sinter Project」)によって駆動される単純なフレネルレンズを使用して、サハラ砂漠で首尾よくテストしました。 レンズは、マシンのレイヤーごとに追加された砂の上に太陽の熱を集中させます。その形状はデジタルモデルとしてプログラムされています。

南カリフォルニア大学、NASAとCal-Earth Instituteの資金援助を受けているP r Behrokh Khoshnevisは、2014年に24時間で家を建てるプロジェクトの「巨大3Dプリンタ」をテストしています。 プリンタはここではコントローラを制御するコンピュータに格納されたプランに従ってコンクリートを押し出すロボットです。

この技術の支持者によれば、このようなロボットは、将来的には、現場で民生用および軍用の建物、滑走路、道路、ハンガーまたは放射線の壁に加えて、月、行進、または宇宙で居住可能な構造物を収集(またはリサイクル)その他の地球外環境。 試験はNASAの砂漠にある研究所(D-RATS)で行われます。 このプロセスは、小規模(プロジェクト「未来/都市政策構想」(2004年)のプロジェクト)であるか、またはテストされており、数年間業界で検討されている。

プロジェクト “3D Print Canal House”は、現場に持ち運びやすい “Kamermaker”と呼ばれるコンテナ内で動作する中間サイズのプリンタを使用します(オランダでは試験が進んでいます)。 この場合、使用されるプラスチックは75%の植物油で作られているが、他のタイプのプラスチックが実験されている。

商品化
Caterpillar Inc.は2008年からViterbi Schoolプロジェクトに資金を提供しています。

Khoshnevisはまた、NASAが、火星と月の植民地化のための拠点を構築する方法として輪郭構築を評価しているとも述べている。

2009年には、特異点大学の学部生が、KhosnevisとACASAプロジェクトをCTOとして設立し、等高線による建設を販売しました。

先行
添加剤製造のコンセプトは、職人の粘土、ワックス、建築家や石膏やスタッコを使用するデコレータを使用するモデラーの間に存在します。 石灰、藁、繊維などによって繋がれたかどうかは、古代から存在していたが、現在は完全に自動化され、加速され、型枠を必要としないであろう。

実装
輪郭作成のための最も成功したシステムの1つはD-Shapeであり、その開発者はEnrico Diniです。 D-Shapeを使用すると、人間の介入なしに建物を実行できます。 この場合、D-Shapeは、砂をポルトランドセメントより優れた微結晶特性を持つ鉱物に変換する特殊技術を使用しています。 いくつかの請求項によれば、そのような材料は補強を必要としない。 D-Shapeを使用すると、従来の方法と比較して建設プロセスを最大4倍高速化できます。

2009年には、D字型システムはすでに高さ3メートルの建物を建てていました。

2014年には、コンクリートによるコンター3D印刷を使用して建築工事の分野で画期的なものが始まりました。

2014年に、上海企業WinSunは、最初に10の3D印刷された住宅の建設を発表し、24時間後に建てられ、次に5階建ての家と邸宅を印刷しました。

南カリフォルニア大学は、総面積250㎡の家を印刷できる巨大な3Dプリンタの最初のテストに合格しました。

見込み
様々な多かれ少なかれ実験モデルがxx世紀の終わりに作成され、ますます大きくなり、通常は単一材料で同じ色の部品を徐々に生産するのに役立ちました。

3次元プリンタは、当初はSFであった(Arthur C. Clarkeは、1960年代に、書籍を印刷するときにオブジェクトを複製する機械「複製機」を呼び起こした。これは、社会に大きな影響を及ぼす。過去の漫画(1972年、TintinとShark Lakeの漫画で、Tournesol教授は、Rastapopoulosが直面している主要な博物館から盗まれたアートワークを複製することによって、誤ったものを作ることに直面した3次元フォトコピー機を発明した)。

1990年代に存在していた技術的解決策は、自動化された塗装、タイルの配備、パイプ、配管、ガス、空調などの装飾的または機能的要素によるロボットや建物の迅速かつ完全自動化の可能性を示唆しているエアレーション、電気、電子または光ファイバケーブルの統合など

2014年には、脳外科を含むロボット外科医が存在します。 一部の医療用ロボットは遠隔操作(遠隔操作)が可能であり、開発モデルの下では患者のリアルタイムの呼吸運動または反射に既に適応することができる。 彼らは、アーキテクチャに適用される3D印刷の精度がさらに向上することを示唆しています。

同様に、材料の類型学は技術進歩として将来的に増加する可能性が高い。 空気、水分、湿気、カロリーまたは冷凍物、情報などを貯蔵または運搬または濾過するように構成された反応性または「知的」材料もまた考慮される。

バイオミメティックスは、エンジニアや建築家に勇気を与え、「水の足跡」や二酸化炭素排出量の少ない環境負荷の少ないエコハウジングの新しいアイデアを提供したり、エコロジカルな負債を返済する可能性があります。 このような構造は、例えば、新規な特性を有するナノ構造材料を製造することができるマイクロロボットを用いて、特定のシロアリマウンド、生体構築物および/または光合成生物などの構築モデルによって刺激され得る。

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