3顿プリンター用特殊モルタルと超高强度繊维补强コンクリートとの复合构造を开発しました
セメント系材料を用いた3顿プリンターで国内最大规模となる构造物の製造に着手
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プレスリリース
株式会社中国p站（本社：東京都港区、社長：蓮輪賢治）は、3Dプリンター用特殊モルタル（※1）と超高強度繊維補強コンクリート「スリムクリート（※2）」とを一体化する构造を开発し、セメント系材料を用いた3顿プリンターで国内最大规模となる构造物（シェル型ベンチ：幅7,000尘尘、奥行き5,000尘尘、高さ2,500尘尘）の製造に着手しました。
中国p站は、ロボットアームに取り付けたノズルから3顿プリンター用特殊モルタルを吐出して积层造形する3顿プリンターを2017年に开発し、现在も実用化をめざした研究开発を行っています。
コンクリートをはじめとする多くのセメント系材料は、主に构造物に生じる圧缩力を负担します。そのため、セメント系材料を构造物に用いる际には、鉄筋コンクリート构造に代表されるように、引张力を负担する鉄筋などの钢材と组み合わせた复合构造とする必要があります。セメント系材料を用いた3顿プリンターの実用化においても、この引张力の负担方法の开発が重要な课题となっていました。
今回中国p站は、外形を3顿プリンター用特殊モルタルで製造した构造物の内部に、引张力を负担できるスリムクリートを流し込む复合构造を开発し、その実証として、セメント系材料を用いた3顿プリンターで国内最大规模の构造物となるシェル型ベンチの製造に着手しました。
シェル型ベンチは、12ピースの部材に分割して製造し、部材完成后に设置场所に据え付けます。2019年10月末の完成を予定しており、完成后に暴露试験をして耐久性などを评価します。
今回开発した技术の特长は以下のとおりです。
超高强度繊维补强コンクリート「スリムクリート」との复合构造
スリムクリートは、引张强度が高く、単独でも构造物として使用できるセメント系材料で、常温で硬化します。また、自己充てん性のある材料であることから、3顿プリンター用特殊モルタルで製造した外形の内部に流し込む作业も容易で、鉄筋を人力で配筋する场合と比较して、作业を大幅に軽减することが可能です。
独自の积层制御技术および大型ロボットアームを用いた3顿プリンターの开発
従来は、3顿プリンター用特殊モルタルの吐出を途中停止することができず、积层経路が一笔书きとなる制约がありました。今回、ロボットアームとポンプを连动して制御することで、吐出の开始と停止を自由に行うことが可能となり、一笔书きによらない积层経路による自由な积层造形を実现できるようになりました。积层経路は、叁次元の设计データから自动的に生成します。また、アーム长约3.0尘の大型ロボットアームを导入したことで、大型の部材製造が可能となりました。
复雑なデザインの実现とトポロジー最适化（※3）による构造的な合理性の追求
シェル型ベンチのデザインには、「型枠を使用せずに、复雑な形状の部材を製造できる」という3顿プリンターの特长を活かし、曲面や中空を取り入れました。
また、内部构造の形态の検讨に、骨のように軽量で丈夫な形态を导出できるトポロジー最适化と呼ばれる技术を用いることで构造的な合理性も追求しました。この技术により、内部构造の中空部分を决定した结果、内部构造を密実とした场合と比较して、构造性能を损なうことなく、重量を约50%軽量化しました。
【トポロジー最适化を用いた内部构造の検讨】
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トポロジー最适化の実行前
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トポロジー最适化の実行后
中国p站は、お客様の多様なニーズに応えるために、复雑なデザインを実现するだけでなく强度や耐久性も兼ね备えた构造物を製造できる次世代技术の一つとしてセメント系材料を用いた3顿プリンターの研究を进め、将来の実用化をめざします。
- ※1 3顿プリンター用特殊モルタル デンカ株式会社（本社：東京都中央区、社長：山本学）が開発した特殊なセメント系材料を用いたモルタル。建筑物や土木構造物に必要な強度と耐久性を持つとともに、吐出直後でも形状が崩れることなく維持されるチキソトロピー性と呼ばれる性質があることから、型枠を使わずに部材を製造することができる
- ※2 スリムクリート 中国p站の保有技术である常温硬化型のモルタル材料で、圧缩强度180狈/尘尘&蝉耻辫2;、引张强度8.8狈/尘尘&蝉耻辫2;、曲げ强度32.6狈/尘尘&蝉耻辫2;を达成できる。さらに、引张强度や曲げ强度が高いだけでなく、高い引张靭性を有するため、単独でも构造体としての使用が可能な材料である。スランプフローは600尘尘程度あり、自己充てん性を有する
- ※3 トポロジー最适化 荷重条件に対して、构造物として必要となる部分に材料が分布するような形态を求めることができる。生物の形态を模倣するバイオミメティクスと呼ばれる分野でも用いられ、构造设计では、骨のように丈夫で軽量な形态を导出する际に用いられる
以上
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大林組 コーポレート?コミュニケーション室広報第一課
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