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清水建設がオンサイト建設3Dプリンター「Shimz Robo-Printer」を開発──幅20m、高さ4.5mの構造物を施工場所で造形

清水建設は、建設3Dプリンター「Shimz Robo-Printer」を開発したと発表した。

同社はデジタル施工の促進に向け、3Dプリント材料「ラクツム」を開発するとともに、技術研究所内に専用実験施設「コンクリートDXラボ」を設置し、ロボットアーム型3Dプリンターを活用したプリンティング施工の技術開発に取り組んできた。

Shimz Robo-Printerは、レール上を水平移動する幅7.2m/高さ7.5mの門型フレームと、ノズルを移動させながらプリント材料を積層する材料押出方式のプリント機構を組み合わせたガントリー型の建設3Dプリンターだ。

ノズル部はクランク形状で、既に建設された鉄筋や鉄骨の周囲を移動してプリント材料を積層し、施工場所で実大構造物を直接プリントする。プリンティングの造形範囲は奥行20m/幅4.5m/高さ5.1m、造形速度は最大10cm/秒だ。

3Dプリンターの開発に合わせて、自社施設「(仮称)潮見イノベーションセンター」の建設現場におけるオンサイト3Dプリンティングの実証施工も開始した。

適用対象は敷地内に整備する研修施設の壁状柱のコンクリート施工で、ラクツムを積層し、骨鉄筋コンクリート造の壁状柱の外装部材を兼ねる奥行20m/高さ4.5m/厚さ80mmの埋設型枠を造形した。矩形の型枠で躯体を構築した場合と比較し、コンクリート躯体のボリュームは約1割削減された。

施工に際しては鉄骨と鉄筋を所定の位置に組み立てた後、ノズルを周回させながら外周にラクツムを積層。積層体が1m積み上がったタイミングでコンクリートを内部に打ち込むプロセスを繰り返した。造形速度は外周約42mの型枠1層分のプリントに約10分、型枠全体のプリントに要した延べ時間は75時間だった。

今回の実証施工では環境配慮の取り組みとして、型枠内に充塡するコンクリートに低炭素型コンクリート「ECMコンクリート」を使用している。

ECMコンクリートはセメントの60~70%を鉄鋼製造の副産物である高炉スラグの粉末に置き換えたコンクリートで、コンクリート由来のCO2排出量を6割削減できる。他方、中性化が進みやすい特性があり、これまでの適用事例は地下躯体や地盤改良体の施工に限られていたが、今回の取り組みでは外装部材を兼ねる3Dプリンティング型枠がECMコンクリートを大気から隔離するため、地上躯体への適用が可能になった。

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