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斜面や曲面でも造形物を建てられる3Dプリント技術を開発 ― 大成建設・東レエンジニアリングDソリューションズ

3Dプリンタを活用したトンネルでのインバートコンクリートの施工手順

大成建設株式会社と東レエンジニアリングDソリューションズ株式会社は、斜面や曲面、凹凸面など任意の形状に沿わせてコンクリート構造物を構築できる業界初の3Dプリンティング技術を共同開発した。本技術は、トンネルインバートの施工をはじめ建物の直接基礎や擁壁、断面補修といったコンクリート工事の施工法に革新をもたらす技術だ。人手不足に悩む建設業界での省人化や工期短縮に貢献することが期待できる。

画像は3Dプリンタを活用したトンネルでのインバートコンクリートの施工手順(出典:大成建設)

実際の活用シーンを想定した取り組みを続ける大成建設

大成建設では、3Dプリンターで製作した部材によるPC構造体の構築や、3Dプリンティング向けの環境配慮コンクリートを他社に先駆けて開発している。そのほか、コンクリート構造物の新たな施工法として建設用3Dプリンティング技術「T-3DP(Taisei-3D Printing)」の開発を進めてきた。今回取り上げるのは、そうした活動の新しい成果である「斜面や曲面、凹凸面など任意の形状に沿わせてコンクリート構造物を構築できる業界初の3Dプリンティング技術」だ。

ツールパス生成における地盤への衝突を回避する新技術(出典:大成建設)
ツールパス生成における地盤への衝突を回避する新技術(出典:大成建設)

たとえばトンネル工事では、外からの圧力に耐える様、半円形の形をしているが、地盤が弱い箇所では下側底から押し上げる圧力を受けるため、それに耐える様、底面にも逆アーチ型のコンクリート壁を作る必要がある。そのため底面を逆アーチ型に堀り、コンクリー トで固めた覆工部分であるインバートを造成するが、こうした局面で利用することができるだろう。

ソフトウェアと材料を改良し斜面での造形も可能に

模擬地盤上でのプリント実証(出典:大成建設)
模擬地盤上でのプリント実証(出典:大成建設)

大成建設株式会社と東レエンジニアリングDソリューションズ株式会社は、プリンターヘッドが障害物などに衝突せず対象面の形状変化に追随して移動可能なツールパスを生成する技術と、斜面や曲面でも自立し安定性に優れた3Dプリンティング用コンクリート材料を開発した。

東レエンジDは、樹脂・複合材料の成形シミュレーション技術をベースとした樹脂用3Dプリンター用シミュレーションソフト「3D TIMON-AMSolution(スリーディータイモン エーエムソリューション)」をコンクリート向けに応用する。さらに、今回新たに3次元形状データ処理技術を付加することで、斜面や曲面、凹凸がある場所での障害となる物や地形を自動認識し、プリンターヘッドが衝突を回避することができるツールパスの自動生成システムを新たに開発した。

自立安定性に優れた3Dプリンター材料を用いることで、斜面や曲面、凹凸のある場所でも高精度に施工が可能だ。凹凸がある模擬地盤上でのプリント実証では、壁高450mmのコンクリート仕切り壁(埋設型枠)の高さ方向における施工誤差が平均4mm程度で施工できることを確認している。

3Dプリンターを用いた新施工法で省人化や工期短縮を実現

トンネルのインバートコンクリート工事を想定して開発した3Dプリンターを用いた新たな施工法では、仕切り壁に相当する部分を3Dプリンターで自動構築し、プリンターのレール上を移動しながら内部コンクリートを打設する。本施従来の6名体制から最終的には2名への省人化が可能となり、3Dプリンターでの施工自動化により工期短縮も実現できるなどメリットが見込まれる。

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