温故創新の森 NOVARE
-3Dプリンタで未来のものづくり-

省人化・省マテリアル・低環境負荷の新しいプロセスで、
未来のものづくりに挑戦

当社は2023年11月に創業220年を迎えました。その長きにわたる歴史の中で培われた知識、技術、人財のDNAを受け継ぎ、新たなイノベーションに繋げることがNOVAREの使命です。

NOVAREを構成する5つの施設はそれぞれ自立かつ連携しあい、国内外の知を結集し新たなイノベーションを創出する場となることを目指しています。つまり、さまざまな新しい技術を導入する、実証実験の場でもあるのです。

施設各所では現代の社会状況や環境に合わせて、省人化・省マテリアル・低環境負荷の新しいプロセスのものづくりに挑戦しました。3Dプリンタをそれぞれ違うかたちで活用した、３つの「未来のものづくり」の事例をご紹介します。

構造体そのものを3Dプリンタで作った国内初の例

3Dプリンタの建設適用はまだ黎明期にあります。そこで、その可能性を広げるため、型枠ではなく建物の骨格になる構造体をプリントすることに挑戦しました。

構造体そのものを3Dプリンタで作ることとは、下図の中央と右図のような方法を意味しています。構造体にするメリットとしては、3Dプリントした部分も含めて構造体として活用することで、使用材料も少なくなり、環境負荷低減や意匠性の向上が期待できることが挙げられます。また、設計データから直接構造体をプリントすることで、施工図、製作図の作成、コンクリート打設といった手順を省略することが可能となります。そのため、本プロジェクトと並行してコンクリートとして打設可能な3Dプリンタ用材料「ラクツムS」の開発を行い、大臣認定を取得しました。これは国内では初の試みです。

3Dデータを活用し、テスト・プリント・検証

デザインをプリントするにあたり、徐々に変化する部材の断面が課題になりました。そこで、断面形状はプリントの吐出量とプリントスピードで調整し、断面変化量に対する最適なプリント列数を検討しました。

テストプリントを繰り返し、プリント結果に応じてデータを修正、プリントパスを決定するプロセスを導入。テストプリントをすることにより、データも蓄積されていったのです。

構造だけの建物をデザイン

さらなる3Dプリンタの活用方法として、シェル構造のプリントに挑戦しました。具体的には、外装仕上げ材（屋根ふき材）の無筋プリントです。

半屋外の構造だけの建物に、構造材のデザインを検証するところからプロジェクトはスタート。まず、三次元の曲面と屋根の組み合わせを考えたとき、波打つような屋根がアイデアとして生まれました。そこで、長辺方向の梁を半位相ずらしたサインカーブにし、それによって平面に交差するロッドと三次元曲面を持つ屋根を考えました。

そして、水平方向の伸びやかさを保つため、屋根のライズを抑えました。長期荷重に対して発生する応力を、交差するロッドに張力を導入することでキャンセルさせ、力学的に自己つり合いさせた架構としました。

ディテールをデジタルで作る

次に屋根に取り付けるボルトや金物の角度や位置など、ディテールを作成していく必要がありました。しかし、三次元曲面のため、場所によって角度や位置は異なってきます。どのように現場に伝えるかが課題となりました。そこで、今回はGrasshopper上で金物の角度などを自動算出し、ディテールをすべてデジタル上で作成していったのです。

3Dプリンタの新たな活用方法を構築

施工にかかわる全員にとって、今回が初めてとなる試みが多く、そのため実際の3Dプリント作業にはさまざまな課題が生じました。同じ形でも日が違ったらプリントが再現されない、気温や湿度に左右されやすいなど、3Dプリントによる施工には、特有の難しさがあります。特に今回は冬場にプリントを行ったため、ヒーターで温めながらプリントするなど、設計者と施工者が協力しながら試行錯誤を進め、課題をひとつひとつ克服していきました。

このようにNOVAREでは3Dプリントを様々に活用しています。一方でサプライチェーンや法規制面での課題は残されています。NOVAREで3Dプリンタに取り組んだメンバーでは、社会普及に向け引続きそのような課題を解決していこうとしています。