2019年8月29日、日本の大手総合建築会社である大林組は、セメント系材料を用いた3Dプリンターで国内最大規模となる構造物の製造に着手したとを発表しました。背もたれと屋根が一体化したシェル型のベンチの大きさは、幅7m・奥行き5m・高さ2.5m にも及びます。
構造の最適化によって実現した3Dプリントベンチ
大林組の発表によれば、3Dプリント用の特殊モルタルと補強コンクリートを一体化する構造を開発したことで、圧縮と引っ張りの両方の力を負担できるようになりました。モルタルで製造した枠の中にコンクリートを流し込む手法を用い、ベンチを12個の部材に分けて製造していくようです。
さらに、トポロジー最適化という手法によって、全体の丈夫さを維持しながら質量の50％削減にも成功しています。断面をよく見ると、細胞や骨のように隙間が並ぶ特徴的な形状になっていることがわかりますね。
なお、大林組は2017年からロボットアームを用いたモルタルの3Dプリンタ開発を続けています。
枠の中で動くタイプの3Dプリンタは、フレームのサイズよりも大きな造形物をプリントできないため、今回のベンチのような大きな造形物には不向き。サイズの制約が小さいことや運搬の容易さが、ロボットアームを用いて大きなものをプリントするメリットとなっています。
ロボットアームでつくる公園のオブジェ／鉄の橋
ロボットアームによる3Dプリントは世界でも多くの事例があり、さまざまな構造物が製作されています。
デザインファームのThe New Rawが取り組む「Print Your City」というプロジェクトでは、ペットボトルなどの廃プラスチックを材料別に粉砕したものを素材として使い、公園のベンチや植木鉢（あるいはふたつが合体したもの）などを3Dプリントしています。斜めに傾けたロボットアームによるプリント手法は、3Dプリント後にうまく造形物を取り外すための独自の工夫なんだとか。
金属の3Dプリントを得意とするオランダの企業MX3Dは、2015年からロボットアームによって金属製の橋を製作するプロジェクトに取り組んでいます。上の動画ではほんの1ｍ程度の長さですが（それでも人がしっかり立っている！）、2019年にはなんと17トンの荷重に耐えられるステンレス製の橋の実証実験をおこなっています。
巨大な構造物にはものづくりのヒントがある
比較的大きな構造物をプリントするために用いられているロボットアーム。どの事例を見ても単なるスケールの巨大化にはとどまらず、構造の最適化や新しい素材の開発などの工夫を見ることができます。
機械・構造・素材のコラボレーションによって生まれる構造物からは、身の回りのものづくりにも応用できるヒントが眠っているように感じられますね。
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