清水建設、有筋構造部材の3Dプリンティング技術を開発：3Dプリンティング

清水建設は、材料噴射型の3Dプリンティング技術を活用し、鉄筋を内蔵した有筋構造部材を自動で製造する技術を開発した。

[BUILT]

　清水建設は2024年1月31日、材料噴射型の3Dプリンティング技術を活用し、鉄筋内蔵の有筋構造部材を製造する技術を開発したと発表した。ロボットアーム型の3Dプリンタを利用し、鉄筋への材料噴射から出来形計測までの全工程を自動化する。実証試験では断面寸法510×210ミリ、高さ1.5メートルの柱部材を2時間程度で造形し、寸法誤差は±5ミリ以下だった。

プリント材料を圧縮空気で噴射、表面仕上げ、出来形計測まで自動化

鉄筋の外周から材料を吹き付けて有筋構造部材を製作する　出典：清水建設プレスリリース

　今回開発した技術では、3Dプリント用の材料を鉄筋の外周から吹き付けて有筋構造部材を製作する。プリント材料をノズルの真下へ押し出しながら積層する従来の「押出型」では難しかった、鉄筋を中に組み込んだ構造部材を自動造形できるようになった。

　作業工程ではまず、鉄筋の外周を旋回するロボットアーム先端のノズルから、プリント材料を斜め下方に噴射し、鉄筋内部へプリント材料を充填する。完了後は、表層全体に配合の異なる表層用プリント材料を重ねて吹き付ける。部材表面をコテで平滑に整える表面仕上げや、3Dスキャンによる出来形計測までの全工程をロボットアームが行う。

材料噴射型3Dプリンティングによる有筋構造部材の造形手順　出典：清水建設プレスリリース

在来工法で施工した鉄筋コンクリート部材と同等以上の構造耐力を発揮

有筋構造部材の出来形　出典：清水建設プレスリリース

　技術開発にあたっては、材料吐出量や空気流量、噴射角度、噴射距離、ノズル形状などの噴射に関するパラメータを適切に調整することで、鉄筋内部への充填性や表面仕上げの平滑性を高めた。鉄筋コンクリート構造物の施工で使う木製型枠が不要になるため、環境負荷の低減にもつながるとしている。

　また、材料噴射型の3Dプリント技術を用いた造形体は構造性能にも優れているという。梁（はり）部材の載荷実験では、在来工法で施工した鉄筋コンクリート部材と同等以上の構造耐力と靱性（じんせい）を有することを確認した。

　清水建設は2019年、材料押出型3Dプリンティング用の繊維補強セメント複合材料「ラクツム」を開発した。2022年には、粗骨材を混練してコンクリート材とした改良版ラクツムを発表し、大臣認定を取得している。

　今後も材料の改良やロボット技術、センシング技術の高度化を図り、造形精度の向上と複雑形状を可能にするプリンティング技術の確立を目指す。用途展開では、既設構造物の補修／補強や、応急復旧への適用も視野に技術開発を促進していく。