3Dハウス：建設の未来
建設分野における3Dプリンティングは、技術的な実験から現実的な建設オプションへと進化しました。世界中で、一戸建て住宅、集落全体、および特殊な建物が出現しています。この記事では、最新の研究とレポートに基づき、この建設方法の技術的なプロセス、既存のプロジェクト、機会、および限界に焦点を当てます。
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建設における3Dプリンティングの基本
3Dプリンターでの建設では、機械が建材（通常はある種のコンクリート）を層ごとに押し出し（押出し成形し）、壁を積み重ねます。これはしばしば、「3Dコンクリートプリンティング」または「3Dコンクリート印刷」と呼ばれ、耐荷重構造部材のための積層造形（アディティブ）プロセスです（ 3druck.com, ScienceDirect).
プリンターは通常、ポータルシステムまたはロボットアームであり、床板の上をレールに沿って移動し、計画された壁の形状に沿ってコンクリートのストランドを配置します（ PERI 3D Construction, COBOD). ）。主に外壁と内壁が印刷され、一部は中空構造で、後に断熱材やその他の材料で満たすことができます（ COBOD, 3druck.com).
プリンターが家全体を作成するわけではありません。基礎、天井、屋根、窓、ドア、住宅設備、内装は、引き続き従来の工法で実現されます（ EcoHome, ECS Limited). ）。3Dプリンティングは主に、壁のレンガ積みや型枠作業を置き換えるものであり、建設プロセス全体を置き換えるものではありません（ UBE).
コンクリートではなく、現地で入手可能な土や粘土が印刷されるバリエーションもあります。一例は、土、水、植物繊維の混合物から作られたイタリアのTeclaハウスです（ Wikipedia). ）。このような実験は、現地の材料を使用することで、資源と隠れたエネルギー（グレーエネルギー）をどのように節約できるかを示すことを目的としています（ Wikipedia).
Quelle: 3d-grenzenlos.de
3Dプリンターは、複雑な建物構造を構築するために、材料を正確に積み重ねます。
現状とプロジェクト
メーカーCOBODによる世界的な評価によると、2022年末までに、世界105の建設現場で129の建物が3Dプリンティングで建設されました（ COBOD, 3druck.com). ）。これらの数字は、もはや単なる個々のパイロットプロジェクトではないことを示しています（ Manufactur3D Mag).
ドイツでは、最初の認可された印刷住宅がベックム（ノルトライン＝ヴェストファーレン州）に建設されました。これは、COBODとPERIのBOD2コンクリートプリンターを使用して実現された2階建ての一戸建て住宅です（ PERI, COBOD). ）。このプロジェクトは、「革新的な建設」のための助成プログラムの一部としてサポートされました（ PERI).
ハイデルベルクでは、2023年にWavehouseが完成しました。これは長さ54メートル、幅約11メートル、高さ9メートルの建物で、ITデータセンターとして使用され、ヨーロッパ最大の3Dプリント建物と見なされています（ PERI 3D Construction, Heidelberg Materials). ）。波状のファサードは、純粋な印刷時間で約170時間で印刷されました（ PERI 3D Construction). ）。ハイデルベルク・マテリアルズは、そのために特別なコンクリートを開発しました（ Heidelberg Materials).
ハイデルベルクの別のプロジェクトはDREIHAUSで、3Dコンクリート印刷で壁が連続的に製造される3階建ての集合住宅コンセプトです（ PERI). ）。PERIは、従来の建設と比較して、建設時間が約30パーセント短縮され、コストが約10パーセント削減されると予想しています（ PERI, Ingenieur.de). ）。ハイデルベルクの住宅の躯体工事段階は、約33日で完了しました（ CIO.de).
国際的には、3Dプリントされた1階建ての家で構成される集落全体が出現しています。テキサス州ジョージタウンでは、ICONがレナーと協力して、1階の外壁が大型プリンターで作成される約100戸の住宅からなる集落を建設しています（ Reuters, ICON). ）。ヒューストンでは、中所得世帯向けの80戸の印刷住宅からなるZuri Gardensが建設されています（ Houston Chronicle).
ICONはまた、オースティンのワンルームハウスなど、手頃な価格の住宅のための小規模なプロジェクトも実現しています（ Statesman, Axios). ）。同時に、テキサス州トラビス湖畔の3Dプリントヴィラを備えた高級リゾートなど、高価格帯の物件も出現しています（ MySanAntonio).
変わった用途も記録されています。テキサス州ブラウンズビルでは、大手チェーン店のカフェが建設されており、その外殻は3Dコンクリートプリンターから来ています（ Chron.com). ）。大学は、マイナスのCO2フットプリントを持つ家を可能にするために、木材の残骸からなるバイオベースの材料混合物を実験しています（ Reasons to be Cheerful).
分析と動機
中心的な動機は、資源が不足している世界的な追加の住宅需要です。建物部門は、エネルギー関連のCO2排出量の約3分の1を占めています（ Wikipedia). ）。New Storyのような組織は、ICONのようなテクノロジー企業と協力して、メキシコなどの国で、貧しい家族に永続的な住居を提供する小さな集落を建設しています（ New Story, The New Yorker).
メーカーとプランナーは、コンクリート印刷からより速い速度とより低い人件費を期待しています。COBODは、3Dプリンティングがエラーの発生率を減らし、建設プロセスをより効率的にすることができると指摘しています（ COBOD). ）。PERIは、その印刷ソリューションを、特に繰り返しの間取り図の場合に、より少ない材料とより少ない手作業で躯体を構築する手段として説明しています（ PERI 3D Construction). ）。積層造形プロセスは、特に標準化された一戸建て住宅や小さな集合住宅でその強みを発揮します（ 3druck.com, Weerg).
もう一つの推進力は、より持続可能な材料の探求です。イタリアのTeclaハウスは、土、水、植物繊維を、主に現地の材料からなる居住可能な建物に加工できることを示しています（ Wikipedia). ）。メイン州では、木材廃棄物と結合剤からなる繊維強化バイオコンポジットが家に印刷されており、長期的にはリサイクルされる予定です（ Reasons to be Cheerful). ）。このようなコンセプトは、廃棄物を削減し、輸送経路を短縮し、CO2を固定することを目的としています（ Wins Solutions).
マーケティングおよびメディア価値を過小評価すべきではありません。印刷ロボットの壮大な画像は、プレスやソーシャルメディアにとって理想的なモチーフです（ PERI 3D Construction, 3druck.com). ）。テレビ番組は、差し迫った建設革命の印象を強めます（ CBS News). ）。しかし、より批判的な記事は、パイロットプロジェクトと広範な適用との間に大きな違いがあることを指摘しています（ The New Yorker, Dwell).
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このクリップは、企業がこの技術を住宅不足、さらには月面基地のソリューションとしてどのように演出しているかを示しており、同時に、まだ多くのことが実験的であることを明確にしています。
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3Dプリンティングを伝統的な方法と組み合わせるハイブリッド建設方法は、現代の住宅建設における有望なトレンドです。
事実と未解決の課題
3Dプリンティングを使用して家を実際に建設し、正式に認可できることが裏付けられています。例としては、ベックムの一戸建て住宅（ PERI) ）とハイデルベルクのデータセンターWavehouse（ PERI 3D Construction, Heidelberg Materials). ）があります。テキサスの集落プロジェクトも、販売および居住されている現実の住宅です（ Reuters, ICON Homes).
積層造形建設方法が材料廃棄物を削減できることも十分に裏付けられています。なぜなら、必要な量のコンクリートだけが押し出され、型枠作業がほぼ不要になるからです（ Wins Solutions, Ricoh). ）。研究では、有機的な形状や自由な壁のコースが高価な特別な型枠なしで実現可能であるため、複雑な形状の利点が説明されています（ ScienceDirect, Structures Insider).
広範な使用における実際のコストと時間の利点がどれほど大きいかは不明です。メーカーは10〜35パーセントの節約について話していますが（ COBOD, Weerg, TRERC). ）、経済分析は、プリンターの購入またはレンタル、チームの訓練、および計画の調整が、節約の一部を打ち消す可能性があることを指摘しています。建物のライフサイクル全体にわたる信頼できる比較データはまだ不足しています（ Warrington UF, Reason.org).
印刷された壁の長期的な耐久性も不明です。当然ながら、数十年にわたる長期研究はまだ存在しません（ ScienceDirect, HUDUser). ）。専門家は、ひび割れ、湿気挙動、修理コンセプトなどのトピックをさらに調査する必要があることを強調しています（ Passive House Accelerator, Structures Insider).
「数千ユーロで24時間以内に」家全体を作成できるという約束は、誤りまたは誤解を招くものです。しばしば引用される印刷時間は、壁のみを指し、基礎、屋根、内装、設備、または認可および計画段階は含まれていません（ EcoHome, ECS Limited). ）。批判的な分析は、そのような見出しが建設プロセスの実際の複雑さを無視していることを示しています（ Dwell, Hackaday, Passive House Accelerator).
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3Dプリンティングのような革新的な建設方法によって実現され得る、現代建築の例。
実用的な含意
3Dプリントされた建物は現実的な選択肢ですが、まだ広範に利用可能ではありません。そのような家を建てたい、または住みたい場合は、プロバイダー、認可状況、および現地の経験を注意深く確認する必要があります（ EcoHome, ECS Limited).
その際、3つの質問が重要です。第一に、家のどの部分が実際に印刷され、どの工法が従来通りに実行されるか（ UBE). ）。第二に、計画、技術、保守を含む建設全体のコスト内訳がどれほど透明か（ TRERC, Reason.org). ）。第三に、同じプロバイダーの参照プロジェクトが、同様の気候で数年間稼働しているか否か（ Passive House Accelerator).
持続可能性に関心のある人にとっては、材料の選択が重要です。土または粘土ベースの混合物、またはバイオベースの複合材料を使用したプロジェクトは、CO2フットプリントを劇的に削減しようとしています。従来のコンクリート印刷プロジェクトは材料廃棄物を削減しますが、セメントベースであることには変わりありません（ Wikipedia, Reasons to be Cheerful, Wins Solutions). ）。世界の建設部門はエネルギー排出量のかなりの部分を占めているため、ここでの真の改善は大きな効果をもたらす可能性があります（ Wikipedia).
メディア報道を読む際には、発言者の利益を考慮に入れることが役立ちます。企業のビデオは利点を強調しますが、独立した調査や科学的なレビューは、むしろ不確実性や未解決の点を扱います（ ScienceDirect, ResearchGate).
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プリンターからの大規模な住宅建物のタイムラプスは技術を示しており、同時に、プリンターと並行して多くの従来の建設作業が依然として必要であることを可視化しています。
多くの壁が印刷されたにもかかわらず、重要な疑問が未解決のままです。ほとんどのプロジェクトはまだ数年しか経っていないため、数十年にわたる長期的な耐久性はこれまでほとんど経験的に裏付けられていません（ ScienceDirect). ）。体系的な文献レビューは、耐久性、メンテナンス、および総ライフサイクルコストに関するデータが依然として不完全であることを強調しています（ ResearchGate).
建設法と基準がどれだけ早く適応するかも不明です。米国住宅都市開発省（HUD）の委託による分析では、基準の欠如、不明確なガイドライン、および当局の経験不足が、広範な導入に対する中心的な障害として挙げられています（ HUDUser). ）。同様の指摘は、ヨーロッパと北米からの評価にも見られます（ EcoHome, ECS Limited).
もう一つの未解決の課題は、社会的な側面に関するものです。3Dプリントされた住宅は、低所得者がそれを必要としている場所に実際に建設されるのか、それとも魅力的な市場での目玉プロジェクトとして建設されるのか（ The New Yorker, Reason.org)? ）？分析は、土地価格、資金調達、インフラ、および地方政治が考慮されていない限り、この技術を住宅不足に対する唯一の答えとして見なすことに警告しています（ AIU, Dwell).
3Dプリントされた家は、建設がどれだけ変化し得るかを示しています。この技術が実際に機能できることを証明する現実の住宅、集落全体、および複雑な特殊な建物があります（ PERI 3D Construction, PERI, Reuters). ）。同時に、この建設方法が一夜にして住宅不足を解決したり、従来の工法や慎重な都市計画を置き換えたりしないことは明らかです（ ScienceDirect, Reason.org).
特に建設時間、コスト、および持続可能性に関する壮大な約束については、開発を注意深く追跡し、好奇心をもって疑問を投げかけ、主張を情報源と照合することが重要です。そうすることで、この新しい建設方法の機会を、足元の地面を失うことなく活用できます。