建設3Dプリント

建設3Dプリンティング（c3Dp）または3D建設プリンティング（3DCP）は、建物や建設部品を製造するための中核的な方法として3Dプリンティングを使用するさまざまな技術を指します。このプロセスの別名には「付加製造」があります。 ^{[1] [2]}「3Dコンクリート」はコンクリート押し出し技術を指し、自律ロボット建設システム（ARCS）、大規模付加製造（LSAM）、およびフリーフォーム建設（FC）は他のサブグループを指します。^[3]

建設規模では、主な 3D プリント方法は、押し出し(コンクリート/セメント、ワックス、フォーム、ポリマー)、粉末結合 (ポリマー結合、反応結合、焼結)、および付加溶接です。

これまでに、産業用ロボット、ガントリーシステム、有線自律走行車を使用した、建物や建設部品の現場および現場外の製造を含む、さまざまなアプローチが実証されています。建設3Dプリント技術の実証には、住宅、建設部品（外装材、構造パネル、柱）、橋梁や土木インフラ、人工リーフ、フォリー、彫刻の製造が含まれています。 ^{[4] [5]}

3Dコンクリートプリントは、建物や構造物の建設に革命をもたらし、時間、材料、労力、コストを節約するとともに、建設の持続可能性と環境への影響を改善する可能性を秘めた技術です。しかし、この技術は、材料ミックスの選択と設計、プロセスの品質と管理、構造の完全性、3Dプリント構造物の耐久性、業界の規制と標準化など、さまざまな障害と課題に直面しています。^[6]

1939 年、ウィリアム・アーシェルはインディアナ州バルパライソで世界初の 3D コンクリート プリント建物を建設しました。彼がこの建物を建設し、使用し、特許を取得した機械のビデオは YouTube でご覧いただけます: https://www.youtube.com/watch?v=Dl9rhG5BPrM

ロボットによるレンガ積みは1950年代に概念化され、研究され、自動化建設に関する関連技術の開発は、1960年代にポンプ式コンクリートとイソシアネートフォームで始まりました。^[7]スリップフォーミング技術と3Dプリントに似た部品のロボット組み立てを使用した建物全体の自動製造の開発は、高層ビルを建設する際の危険性に対処するために、1980年代と1990年代に清水建設と日立建設によって日本で先駆的に行われました。 ^[8]現場の自動化に対するこれらの初期のアプローチの多くは、建設バブル、斬新な建築物への対応力の欠如、および市街地での現場への資材の供給と準備の問題のために失敗しました。

初期の建築3Dプリントの開発と研究は1995年から行われてきました。2つの方法が発明されました。1つはジョセフ・ペグナ^{[9]によるもので、蒸気を利用して層状または固体部分​​に材料を選択的に結合させる}砂/セメント成形技術に焦点を当てていましたが、この技術は実証されていませんでした。

2 つ目の技術、 Behrohk Khoshnevis によるContour Crafting は、当初は、新興のポリマーおよび金属 3D 印刷技術の代替として、新しいセラミック押し出し成形方法として始まり、1995 年に特許を取得しました。^[10] Khoshnevis は、この技術がこれらの技術を超える可能性があることを認識しました。「現在の方法は、一般的に各寸法が 1 メートル未満の部品の製造に限定されています。」2000 年頃、USC Vertibi の Khoshnevis のチームは、セメントおよびセラミックペーストの建設規模の 3D 印刷に焦点を当て始め、モジュール式補強材、組み込み配管、電気サービスの自動統合を 1 つの連続構築プロセス内で網羅し、調査しました。この技術は、これまでラボ規模でのみテストされており、物議を醸しながらも、中国での最近の取り組みの基礎となったと言われています。^[要出典]

2003 年、ルパート・ソアは資金を確保し、英国ラフバラー大学にフリーフォーム建設グループを結成し、既存の 3D 印刷技術を建設用途に拡大する可能性を探りました。^[要出典] 2005 年、グループは資金を確保し、既製のコンポーネント (コンクリート ポンプ、スプレー コンクリート、ガントリー システム) を使用して大規模な建設用 3D 印刷機を構築し、そのようなコンポーネントがどの程度複雑になり、建設の需要を現実的に満たすことができるかを探りました。^[要出典]

2005年、イタリアのエンリコ・ディーニは、 約6m×6m×3mの面積に大規模な粉末噴射/接着技術を採用したDシェイプ技術の特許を取得しました。 ^[11]この技術はもともとエポキシ樹脂接着システムで開発されましたが、後に無機接着剤を使用するように改良されました。^[12]この技術は、建設やその他の分野でのさまざまなプロジェクトで商業的に使用されており、[人工魚礁]にも使用されています。^[13]

2008年にイギリスのラフバラー大学でリチャード・バスウェル氏とその同僚が率いる3Dコンクリートプリンティングが開始され、グループのこれまでの研究を拡張し、ガントリーベースの技術から産業用ロボットへと移行する商業的応用を模索しました。^[14]

バスウェルのグループは2014年にそのロボット技術をスカンスカにライセンス供与することに成功した。^[要出典] 2015年1月18日、同社は3Dプリントされた部品を統合した2つの建物、邸宅風のヴィラと5階建てのタワーを発表し、報道陣の注目を集めた。^[15] 2016年5月、ドバイに新しいオフィスビルがオープンした。これは250平方メートル（2,700平方フィート）のスペースで、ドバイの未来博物館によって世界初の3Dプリントオフィスビルとして宣伝された。^[16]

2017年、アラブ首長国連邦に3Dプリントの超高層ビルを建設するプロジェクトが発表された。^[17] Cazza Constructionが建物の建設に協力する予定。現時点では、建物の高さや正確な位置など、具体的な詳細は不明である。^[18]

FreeFAB Waxは、Laing O'RourkeのJames B GardinerとSteven Janssenによって発明され、2013年3月から開発が進められています。^{[19] [20]}この技術は、建設規模の3Dプリントを使用して、大量の人工ワックス（最大400L /時）を製造し、プレキャストコンクリート、ガラス繊維強化コンクリート（GRC）、およびその他のスプレー可能/鋳造可能な材料用の「高速で汚い」3Dプリント鋳型を製造します。次に、鋳造表面を5軸フライス加工して約5mmのワックスを除去し、高品質の鋳型（表面粗さ約20ミクロン）を作成します。^[21]硬化後、鋳型は粉砕または溶解され、ワックスは濾過されて再利用されるため、従来の鋳型技術と比較して廃棄物が大幅に削減されます。この技術の利点は、金型の製作が速く、生産効率が向上し、労力が削減され、特注の金型に材料を再利用することで廃棄物が事実上なくなることです。^[22]このシステムは、2014年に産業用ロボットを使用して最初に実証されました。^[23]このシステムは後に、システムに必要な高速表面フライス加工公差を実現するために、5軸の高速ガントリーと統合されるように改良されました。

米国イリノイ州シャンペーンの建設工学研究所 (ERDC-CERL) が主導する米国陸軍工兵隊エンジニア研究開発センターは、2015 年 9 月から展開可能な建設用 3D プリンター技術の研究を開始しました。パイロット プロジェクトである自動建設用遠征構造物 (ACES) はコンクリートの 3D 印刷に焦点を当て、印刷システム、印刷可能なコンクリート材料、構造設計とテスト、建設方法など、幅広い研究分野をカバーしました。ACES プロジェクトでは、3 つのデモンストレーションが行われました。エントリー コントロール ポイント、最初の補強付加建設コンクリート兵舎、および米国陸軍機動支援、維持、保護実験 (MSSPIX) での民間および軍事インフラストラクチャ (ジャージー バリア、T ウォール、カルバート、バンカー、戦闘位置) の印刷です。^{[24] [25] [26]}

2017年、ERDC CERLは米海兵隊との協力を開始し、軍人によるコンクリート3Dプリントの初デモンストレーション、構造的に強化された3Dプリントの強化コンクリート兵舎小屋、^{[27] [全文引用が必要] [28] [全文引用が必要]、}南北アメリカ大陸初の3Dプリント橋、3インチノズルを使用した印刷の初デモンストレーションを実現しました。^{[29] [30]}この作業を通じて、ERDCと海兵隊は、強化3Dプリントコンクリート壁アセンブリと橋梁の構造性能、印刷システムの復元力とメンテナンスサイクル、印刷操作の延長、公表された24時間建設の主張をテストし、従来受け入れられている方法を使用して実行可能な補強および建設方法を開発することができました。^{[2] [31] [全文引用が必要]}

ロリス・ジャーマンとチームによって設立されたMX3Dメタルは、2つの6軸ロボット3Dプリントシステムを開発しました。1つ目は押し出し成形される熱可塑性プラスチックを使用し、特にこのシステムでは自由形状の非平面ビードを製造できます。2つ目は、付加溶接（基本的には以前のスポット溶接へのスポット溶接）に依存するシステムです。付加溶接技術は、過去にさまざまなグループによって開発されてきました。^[32] MX3Dは、アムステルダムの金属橋の製造と設置に6年間取り組みました。完成した歩行者と自転車用の橋は、2021年7月に開通しました。橋のスパンは12メートル（39フィート）で、最終的な質量はステンレス鋼で4,500キログラム（9,900ポンド）です。^[33]

BetAbramは、スロベニアで開発されたシンプルなガントリーベースのコンクリート押し出し3Dプリンターです。このシステムは市販されており、2013年から消費者に3つのモデル（P3、P2、P1）を提供しています。最大のP1は、最大16m x 9m x 2.5mのオブジェクトを印刷できます。^[34] Rudenkoが開発したTotal Customコンクリート3Dプリンターは、ガントリー構成に取り付けられたコンクリート堆積技術であり、このシステムはWinsunやその他のコンクリート3D印刷技術と同様の出力を備えていますが、軽量のトラスタイプのガントリーを使用しています。^[35]この技術は、フィリピンの裏庭サイズの城やホテルの部屋を製造するために使用されています。^{[36] [37] [全文引用が必要]}

建設用プリンターの量産は、ヤロスラヴリ（ロシア）に拠点を置くSPECAVIA社によって開始されました。2015年5月、同社は建設用3Dプリンターの最初のモデルを発表し、販売開始を発表しました。^[要出典]

創業者CEOのフィリップ・モレル氏によって立ち上げられ支援されているXtreeE ^[38]は、6軸ロボットアームの上に搭載されたマルチコンポーネント印刷システムを開発しました。このプロジェクトは2015年7月に開始され、Saint Gobain、Vinci、LafargeHolcimなどの建設業界からの協力と投資が含まれています。^{[39] [40]} デンマークの3Dプリントスタートアップである3DPrinthusetも、姉妹会社であるCOBOD Internationalとともに建設業界に進出し、2017年10月に独自のガントリーベースのプリンターを製造しました。^[41]

S-Squared 3D Printers Inc は、ニューヨーク州ロングアイランドに拠点を置く3D プリンターの製造および小売会社です。同社は 2014 年にロバート・スミスとマリオ・シュチェパンスキによって共同設立され、従業員は 13 名で、趣味人、図書館、STEM プログラム向けの 3D プリンターを製造しています。^{[42] [43]} 2017 年に、同社は新しい部門である S-Squared 4D Commercial を立ち上げ、Autonomous Robotic Construction System (ARCS)と呼ばれる 3D 印刷装置を使用して住宅や商業ビルを建設しています。^{[44] [45] [46] [47]}このシステムは、住宅、商業ビル、道路、橋を建設できます。^[48] ARCS は、500 平方フィートから 100 万平方フィートを超えるプロジェクトを完了できます。^{[49] [50] [全文引用が必要]}

2021年、マリオ・クチネッラ・アーキテクツと3Dプリントの専門家WASPは、粘土混合物であるTeclaで作られた家の初の3Dプリントを実演しました（下記参照）。^{[51] [52]}

2022年、エンジニアたちは積層造形と修理のための自律型3Dプリントドローンの群れの開発を報告した。 ^{[53] [54]}

2022年11月、メイン大学先端構造複合材料センターの研究者らは、木材の副産物からプリントされたモジュール式セクションで構成された600平方フィート（56平方メートル）の住宅を完成させた^。 [ ^55]

建築家ジェームズ・ブルース・ガーディナーは、2004年にフリーファブタワー、2009～2010年にヴィラロッチャという2つのプロジェクトを設計しました。フリーファブタワーは、ハイブリッド形式の建設3Dプリントとモジュラー建設を組み合わせたオリジナルのコンセプトに基づいていました。^{[56] [57]}ウィンサンが使用したさまざまなデザインに影響が見られ、ウィンサンのオリジナルのプレスリリースや未来のオフィスに関する記事も含まれています。^{[58] [59 ]}フリーファブタワープロジェクトは、建設3Dプリントにおける多軸ロボットアームの最初の投機的使用も示しており、建設におけるこのような機械の使用は、MX3Dやブランチテクノロジーのプロジェクトにより近年着実に増加しています。^{[60] [61]}

2009年から2010年にかけてのヴィラ・ロッチャでは、イタリアのサルデーニャ島ポルト・ロトンドのヴィラをD-Shapeと共同で設計し、この取り組みをさらに進めました。^[62]ヴィラの設計では、敷地内の岩層やサルデーニャ島の海岸沿いに影響を受けたサイト固有の建築言語の開発に重点が置かれ、パネル化されたプレハブの3Dプリントプロセスの使用も考慮されました。プロジェクトはプロトタイプを経由し、完全な建設には進みませんでした。

フランシオス・ロッシュ（R&Sie）は2005年に展示プロジェクトとモノグラフ「I hear about」を開発し、高層住宅タワーを建設するために、非常に推測的な自己推進ヘビのような自律型3D印刷装置とジェネレーティブデザインシステムの使用を検討しました。^[63]

オランダ人建築家ヤンヤップ・ルイセナールスのパフォーマンス建築3Dプリント建物は、オランダ企業のパートナーシップによって建設される予定でした。^{[64] [更新が必要] [65]}この家は2014年末に建設される予定でしたが、期限は守られませんでした。企業は、まだプロジェクトに取り組んでいると述べています。^[66]

3Dコンクリートプリント技術は、断熱条件を必要としない薄肉壁構造の構築に使用されます。

3Dプリントカナルハウスは建設プロジェクトでした。^[67]

3Dプリント建築技術を使用して建設されたヨーロッパとCISの最初の住宅は、面積298.5平方メートルのヤロスラヴリ（ロシア）の住宅でした。建物の壁は、2015年12月にSPECAVIA社によって印刷されました。壁の600の要素は工場で印刷され、建設現場で組み立てられました。屋根構造と内装が完成した後、同社は2017年10月に完全に完成した3D建物を発表しました。^[68]

オランダと中国の実証プロジェクトでは、中国、ドバイ、オランダで3Dプリントの建物をゆっくりと建設しており、^{[69] [70] [71]、}新しい植物ベースの建築技術の可能性を一般の人々に啓蒙し、住宅の3Dプリントにおけるさらなる革新を促進するための取り組みを行っています。^{[72] [73]} 2017年には小さなコンクリートの家が3Dプリントされました。 ^[74]

ヨーロッパ初の3Dプリント住宅であるビルディング・オン・デマンド（BOD）は、COBODインターナショナルが主導する、コペンハーゲンのノルドハウン地区にある小さな3Dプリントオフィスホテルのプロジェクトです。^[75] 2018年現在、建物は完全に完成し、改装されています。^[76]

スペインでは、世界で初めて3Dでプリントされた歩道橋（3DBRIDGE）が、マドリードのアルコベンダスにあるカスティーリャ・ラ・マンチャの都市公園で2016年12月14日に開通しました。^[77]使用された3DBUILD技術は、構造設計、材料開発、3Dプリント要素の製造を担当したACCIONAによって開発されました。 ^[78] 橋は全長12メートル、幅1.75メートルで、マイクロ鉄筋コンクリートでプリントされています。建築設計はカタルーニャ高等建築研究所（IAAC）によって行われました。

歩道橋の建設に使用された3Dプリンターは、D-Shape社によって製造されました。3Dプリントされた橋は、自然の形の複雑さを反映しており、パラメトリック設計とコンピューター設計を通じて開発されました。これにより、材料の配分を最適化し、構造性能を最大化することができ、必要な場所にのみ材料を配置でき、形状を完全に自由にすることができます。アルコベンダスの3Dプリント歩道橋は、国際レベルで建設部門のマイルストーンを表しており、このプロジェクトでは、公共スペースの土木工学分野で初めて大規模な3Dプリント技術が適用されました。

2018年8月、ロシアのパレフ市で、世界で初めて3Dプリント技術を用いて新しい噴水の形状を作製しました。^[79]

「スノップ」 (束) 噴水は、もともと 20 世紀半ばに有名な彫刻家ニコライ・ディディキンによって作られました。現在、噴水の修復中に、その形状は長方形から円形に変更され、噴水のバックライト システムもそれに応じてアップグレードされました。改修された噴水は、現在、直径 26 メートル、深さ 2.2 メートルです。内部通信チャネルを備えた 3D 噴水の欄干は、AMT-SPETSAVIAグループが製造したAMT建設用プリンターによって印刷されました。

建物の印刷は、月や火星などの地球外居住地を建設するための特に有用な技術として提案されている。2013年の時点で^{[アップデート]}、欧州宇宙機関はロンドンに拠点を置くフォスター+パートナーズと協力して、通常の3D印刷技術を使用して月面基地を印刷する可能性を調査していた。^[80]この建築会社は、2013年1月に建物建設用の3Dプリンター技術を提案した。これは、月のレゴリスの原材料を使用して月面の建物構造物を製造し、ハードシェルの印刷された月面構造物の中に人間の居住者を収容するための密閉された膨張式居住地を使用するというものである。全体として、これらの居住地では、構造物の質量の10％のみを地球から輸送する必要があり、構造物の残りの90％には地元の月面材料を使用する。^{[81]ドーム型の構造物は、}鳥の骨を彷彿とさせるクローズドセル構造によって構造的サポートが提供される、 重量を支える懸垂線形状になる予定である。^[82]この構想では、「印刷された」月の土が、月面居住者に「放射線と温度の断熱」の両方を提供します。 ^[81] 建築技術では、月の物質を酸化マグネシウムと混合し、 「[この]物質を石のような固体に変換する」結合塩を塗布すると、「月の物質をパルプに変え、それを吹き付けてブロックを形成できる」ようになります。 ^[81]硫黄コンクリートの一種も想定されています。^[82]

地上の実験室にある大型真空チャンバーを使用して、月面の材料を模した建築構造物の3Dプリントのテストが完了しました。 ^{[83]この技術では、3Dプリンターのノズルを使用して}レゴリスの表面の下に結合液を注入し、テストでは毛細管力によって表面の下に2ミリメートル（0.079インチ）規模の液滴を閉じ込めました。^[82]使用されたプリンターはD-Shapeでした。^[要出典]

着陸パッド、爆風防護壁、道路、格納庫、燃料貯蔵庫など、さまざまな月のインフラ要素が3D構造印刷用に考案されています。^[82] 2014年初頭、NASAはコンタークラフティング3D印刷技術をさらに開発するために、南カリフォルニア大学での小規模な研究に資金を提供しました。この技術の潜在的な用途には、最大90％の月の材料で構成され、地球から輸送する必要がある材料の10％のみを含む月面構造物を建設することが含まれます。^[84]

NASA はまた、低出力 (1500 ワット) のマイクロ波エネルギーを使用して月の塵を焼結する別の技術も検討している。月の物質は、融点よりやや低い 1,200 ～ 1,500 °C (2,190 ～ 2,730 °F) に加熱して結合し、ナノ粒子の塵をセラミックのような固体ブロックに融合させる。この技術では、フォスター + パートナーズ、コンター クラフティング、D シェイプなどの地球外建造物印刷のアプローチで必要とされる地球からの結合材の輸送は不要である。この技術を使用して月面基地を建設するための具体的な提案の 1 つは SinterHab と呼ばれ、JPL の6 本足のATHLETEロボットを使用して、自律的または遠隔ロボットで月面構造物を建設する。^[85]

2022年12月現在、NASAはテキサス州を拠点とするICON社に、月面に3Dプリントされた居住地、着陸パッド、道路を建設し、ARTEMISプログラムをサポートする5,720万ドルの契約を授与しました。^{[86]契約は2028年まで有効です。同社は}コロラド鉱山学校と共同でNASAの3Dプリント居住地チャレンジに参加し、プリント構造システムのプロトタイプで賞を受賞しました。

2021年4月、粘土で作られた最初のプロトタイプの3Dプリント住宅、Teclaが完成した。この低炭素住宅は、地元産の土と水、もみ殻の繊維、バインダーの混合物から、2本の大きな同期アームで印刷された。^{[51] [87] [52]このような建物は、非常に安価で、}断熱性が高く、安定性と耐候性があり、気候に適応し、カスタマイズ可能で、迅速に生産でき、簡単に習得できる手作業がほとんど必要なく、コンクリートからの炭素排出を軽減し、エネルギー消費量が少なく、ホームレスを減らし、自律的で自給自足のエココミュニティなどの意図的なコミュニティを可能にし、自然災害の被害者に住宅を提供するだけでなく、地元の人々への知識と技術の移転を通じて、ヨーロッパへの移民に故郷の近くで住宅を提供することも可能になり、政治的な選択肢としてますます重要になっている。この住宅は、建築スタジオMario Cucinella Architectsと3Dプリント専門家WASPによってイタリアで建設された。建物の名前は「テクノロジー」と「粘土」を組み合わせた造語である。 ^{[51] [52]}

データと予測は、低コストで持続可能な建物の重要性が高まっていることを示しており、特に2020年の国連報告書によると、建築と建設はエネルギー関連の二酸化炭素排出量全体の約38％を占めていること、^[88]地球温暖化も一因となり、^{[89] [90]} 移民危機は将来的に激化すると予想されており、国連は2030年までに約30億人、つまり世界人口の約40％がアクセスしやすく手頃な価格の住宅を必要とすると推定しています。^{[51]粘土混合物で印刷することの欠点には、高さの制限や水平方向のスペース要件、非大量生産のプリンターの初期コストとサイズ、現在のプロセスでは混合物を乾燥させる必要があるため遅延が発生すること、}配管システムへの接続など製品の目新しさに関連するその他の問題などがあります。^{[51] [52]}

大規模なセメントベースの3Dプリンティングでは、コンピュータ制御の位置決めプロセスによって特定の体積の材料を連続した層に正確に配置または固めることで、従来の成形の必要性を排除します。 ^[91]この3Dプリンティングアプローチは、データ準備、コンクリート準備、コンポーネント印刷という3つの一般的な段階で構成されています。^[92]

経路とデータの生成には、ロボットによる構築経路の生成にさまざまな方法が実装されています。一般的なアプローチは、3D 形状を一定の厚さの平らな薄い層にスライスし、積み重ねることです。この方法では、各層は輪郭線と、ハニカム構造または空間充填曲線として実装できる充填パターンで構成されます。別の方法は、局所的に厚さが異なる 3 次元の構築経路を生成する接線連続法です。この方法では、2 つの層の間に一定の接触面が作成されるため、3D 印刷プロセスを制限することが多い 2 つの層間の幾何学的ギャップが回避されます。^[93]

材料準備段階には、コンクリートの混合と容器への充填が含まれる。生コンクリートを容器に入れると、ポンプ-パイプ-ノズルシステムを介して搬送され、自己充填コンクリートフィラメントを印刷することができ、これにより層ごとに構造部品を構築することができる。^{[94]添加剤プロセスでは、}モルタルの用途ではポンプ性および押し出しの安定性が重要である。これらの特性はすべて、コンクリートミックス設計、デリバリーシステム、および堆積装置に応じて変化する。ウェットコンクリート3Dプリントの一般的な仕様は、4つの主な特性に分類される。^[92]

• ポンプ性:材料が輸送システムを通じて移動する際の容易さと信頼性
• 印刷性: 堆積装置を通して材料を堆積させる容易さと信頼性
• 施工性:荷重下での湿潤材料の変形に対する耐性
• オープンタイム:上記の特性が許容範囲内で一定である期間。

印刷プロセスを実行するには、制御システムが必要です。これらのシステムは、一般的にガントリーシステムとロボットアームシステムの2つのカテゴリに分けられます。ガントリーシステムは、オーバーヘッドに取り付けられたマニピュレーターを駆動して、XYZ直交座標で印刷ノズルの位置を特定します。一方、ロボットアームはノズルに追加の自由度を提供し、接線連続法による印刷など、より正確な印刷ワークフローを可能にします。^[93]印刷に使用されるシステム（ガントリークレーンまたはロボットアーム）に関係なく、ノズルの移動速度と材料の流量の調整は、印刷されたフィラメントの結果に不可欠です。^[95]場合によっては、複数の3D印刷ロボットアームを同時に実行するようにプログラムできるため、構築時間が短縮されます。^[96]最後に、サポート構造の除去や表面仕上げが必要なシナリオでは、自動化された後処理手順も適用できます。^[92]

パデュー大学の研究者ら^[97]は、建築用セメント系材料の製造に初めてダイレクトインクライティング^{[98]と呼ばれる3D印刷プロセスを開発しました。 [99]}彼らは、3D印刷を使用することで、セメント系材料の生物に着想を得た設計が可能であり、欠陥許容性やコンプライアンスなどの新しい性能特性を実現できることを実証しました。

ベロク・コシュネヴィスは2006年以来、1日で家を3Dプリントできると主張しており^[100]、さらに約20時間の「プリンター」時間で建物を完成させると主張している。^[101] 2013年1月までに、3Dプリント建築技術の実用的なバージョンは、1時間あたり2メートル（6フィート7インチ）の建築材料を印刷しており、後継世代のプリンターは1時間あたり3.5メートル（11フィート）の印刷が可能になると提案されており、1週間で建物を完成させるのに十分な量である。^[81]

中国企業のWinSunは、速乾性セメントとリサイクル原材料を混ぜた大型3Dプリンターで数軒の家を建てた。Winsunによると、10軒のデモハウスは24時間で建てられ、費用はそれぞれ5000ドル（構造、基礎、設備、ドア/窓、設備は含まない）だったという。 [102]しかし、建設3DプリンターのパイオニアであるBehrokh Khoshnevis博士は、これは偽造であり、WinSunが彼の知的財産を盗んだと主張している。^{[ 103]}

3D建設印刷に関する研究プロジェクトはいくつかあり、アイントホーフェン工科大学の3Dコンクリート印刷（3DCP）プロジェクト^[104]やカタルーニャ先端建築研究所のさまざまなプロジェクト（Pylos、Mataerial、Minibuilders）などがあります。この分野への関心が高まったおかげで、研究プロジェクトのリストはここ数年でさらに拡大しています。^[105]

プロジェクトの大半は、印刷技術、材料技術、およびそれらに関連するさまざまな問題など、技術の背後にある物理的な側面の研究に重点を置いています。COBOD International (以前は 3DPrinthuset として知られ、現在はその姉妹会社) は最近、35 を超えるさまざまな 3D 建設印刷関連プロジェクトを訪問して、世界中の技術の現状を調査することを目的とした調査を主導しました。各プロジェクトについて調査レポートが発行され、収集されたデータを使用して、さまざまな技術を統一し、共通の標準化された分類と用語の最初の試みを行いました。^{[引用が必要]}

研究と並行して、3DPrinthuset（現在はCOBOD Internationalとして知られている）は、3D建設印刷に関する2つの国際会議（それぞれ2017年2月^[106]と11月^[107]）を開催し、この新興産業の有力者を集めて、今後の可能性と課題を議論することを目指しました。これらの会議はこの種のものとしては初めてであり、D-Shape、Contour Crafting 、CyBe Construction、アイントホーフェンの3DCP research、Winsunなどの名前が集まりました。3D建設印刷の専門家に加えて、 Sika AG、Vinci、Royal BAM Group、NCC 、MYK LATICRETEなど、従来の建設業界の主要企業も初めて積極的に参加しました。3D建設印刷分野では、アイデア、アプリケーション、問題、課題を共有して議論できる、より統一されたプラットフォームが必要であるという一般的な考えが浮かび上がりました。

最初の一歩を踏み出したのは30年近く前だが、3D建築プリントは何年もの間普及に苦労してきた。メディアの注目を集めた最初の技術はコンタークラフティングとD-Shapeで、2008年から2012年にかけて散発的に記事がいくつか掲載され^{[108] [109] [110]}、2012年にはテレビで報道された。^[111] D-Shapeは、その作成者であるエンリコ・ディーニに捧げられた「家をプリントする男」という独立ドキュメンタリーでも取り上げられた。^[112]

重要なブレークスルーの 1 つ^{[いつ？ ] は}、Winsun 社製のプレハブ 3D プリント部品を使用した初の 3D プリント建物の発表です。Winsun 社は、自社の技術で 1 日に 10 軒の家をプリントできると主張しています。^[113]この主張はまだ確認されていませんが、この話は広く注目を集め、この分野への関心が高まっています。数か月のうちに、多くの新しい企業が登場し始めました。これにより、2017 年の最初の歩行者用 3D プリント橋^{[114]や最初の自転車用 3D プリント橋[115]}、さらに 2016 年には 3D プリントで作られた初期の構造要素^[116]など、メディアに取り上げられる多くの新しい取り組みが生まれました。

最近、以前は3DPrinthuset（姉妹会社）として知られていたCOBOD Internationalが、ヨーロッパで初めての恒久的な3Dプリント建物でメディアの注目を集めました。^{[117] [118] [119]}このプロジェクトは、建築許可と書類が整った最初の3Dプリント建物であり、市当局から完全な承認を得た重要な前例となり、建設分野でより広く受け入れられるための重要なマイルストーンとなりました。この話は国内外のメディアで広く報道され、デンマーク、ロシア、ポーランド、リトアニアなど多くの国のテレビで放映されました。^[要出典]

従来の建設に代わる遠隔地での3Dプリント建設の分析^[120]は、大きな可能性を示しています。建設における3Dプリントは、これらの場所特有の課題に対する革新的なソリューションを提供します。地元の材料を使用し、廃棄物を減らし、複雑でカスタマイズされた設計に適応する能力は、3Dプリントがアクセスが困難な地域での建設に特に適している理由のほんの一部です。さらに、3Dプリントは、建設プロセスと構造物のメンテナンスへの積極的な参加を可能にすることで、環境の持続可能性とコミュニティの関与に貢献できます。この建設方法は、遠隔地の住宅の景観を変え、より手頃な価格で効率的で文化的に調和した住居を地域社会に提供できる可能性があります。

しかし、その利点にもかかわらず、3D プリントが広く採用されるまでには、さまざまな不確実性と解決すべき問題がまだ残っています。これらの不確実性は、技術、規制、経済、社会の問題に関連しています。3D プリント技術は大きく進歩しているにもかかわらず、遠隔地の住宅への応用はまだ実現可能性の初期段階にあります。この分野の研究は進行中であり、特にロボット工学と使用する材料に関してさらに調査する必要があります。

家を 3D プリントするには、従来の建築方法と比較したコストと環境への影響を評価する必要があります。

従来の建設方法は、3Dプリント法と比較して、地球温暖化係数がそれぞれ1154.20と608.55 kg CO2相当、非発がん性毒性がそれぞれ675.10と11.9 kg 1,4-DCB、水の消費量がそれぞれ233.35と183.95 m3と、より大きな影響がありました。3Dプリント住宅は、従来の建設方法と比較して全体的な資本コストが78％削減され、経済的に実行可能な選択肢であることもわかりました。この技術の使用により、全体的な環境への影響を減らすことができます。^[121]

4つの例に基づくと、3Dプリント住宅の建設に伴う1平方メートルあたりの温室効果ガス排出量は、従来の方法で建てられた住宅よりも低いと推定されています。^[122]

カーステンセン^[123]は、材料印刷パスの長さとパス間​​の重なりに焦点を当てて、3D印刷ノズルのサイズが印刷効率に与える影響を調査しました。結果によると、構造サイズが大きい場合、大きなノズルサイズを使用すると、連続した短距離印刷に有利であり、印刷効率と構造の性能の両方を向上させることができます。

さらに、この研究では、印刷要素の幾何学的安定性と3Dプリントコンクリートの機械的特性を確保するために、動的に監視された構造に応じて印刷速度を最適化することの重要性を強調しています。これは、構造の安全性と安定性に関連してコンクリート3Dプリントの効率を考慮する必要性を強調し、コンクリート3Dプリントプロセスで複数のパラメータを同時に最適化することの複雑さと重要性を強調しています。^[124]

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