清水建設が大型曲面部材の施工に対応した材料噴射型3Dプリンティングシステムを開発【建設DX】

2025年12月26日、清水建設は有筋の大型曲面部材の施工に対応した材料噴射型3Dコンクリートプリンティングシステムを開発したことを発表しました。

開発したシステムは、9自由度のガントリーロボットと噴射シミュレータを組み合わせて構築したもので、従来主流だった材料押出型では困難だった、鉄筋入りの構造部材や複雑形状の大型部材を高精度で自動造形できます。

システムを構成する噴射シミュレータは、カーネギーメロン大学機械工学科 教授 嶋田憲司氏が主宰する計算工学・ロボティクス研究室（CERLAB：Computational Engineering and Robotics Lab）と共同開発したものです。

噴射シミュレータの組合せで実現した高精度プリンティング

少子高齢化に伴う生産年齢人口の減少が社会課題となる中、建設業界では施工の自動化・省人化が喫緊の課題となっています。

コンクリート施工の分野では、3Dプリンティングの実用化が期待されており、セメント系材料を下方へ押し出しながら積層していく材料押出型のプリンティングを中心に現場適用が進んできました。ただ、材料押出型は鉄筋を積層体の中に組み込むことが難しく、3Dプリンティングだけで構造部材を製造するのは困難です。

鉄筋入りの構造部材の製造に適しているのは、セメント系材料を吹き付けて造形物を構築する材料噴射型のプリンティングですが、プリンタの動作制御が複雑になるため、造形精度が確保しづらいという課題がありました。

■噴射シミュレータを導入し、高精度プリンティングを実現

今回構築したシステムでは、プリンティング制御のパラメータ設定にあたり、噴射シミュレータを用いて最適なノズル経路、噴射距離・角度・速度、材料吐出量等を導出することで、プリンティングの高精度化と不良率の最小化を図ります。

実証試験では高さ2.5mの曲面壁を4時間で造形完了

プリンティングを担うガントリーロボットは、門型フレームの上部に配置したXY方向／2軸の移動機構に7自由度のロボットアームを吊（つ）り下げるように接続しています。造形可能範囲は6（奥行）×4（幅）×3（高さ）メートル。アーム先端に設けたノズルから多方向かつ広範囲に材料を噴射することで、配筋の内部まで充填することが可能です。

実証試験では、中心部から張り出すようなねじれ形状の曲面壁（高さ2.5メートル）の造形を4時間で完了しました。

まとめ

構造部材の3Dプリンティングが現場実装されれば、建設生産の省力化・省人化が進展し、構造物の意匠の自由度も高まることが期待されます。

清水建設では、今後、建設3Dプリンティングのさらなる高度化に向けた技術開発に取り組み、コンクリート施工の完全自動化に挑戦していく考えです。

出典：大型曲面部材の施工に対応した材料噴射型3Dプリンティングシステムを構築（清水建設プレスリリース）

（本記事は、総合資格naviライター kouju64が構成しました。）