3Dプリンター木造建築工法2 更なる改良

 参考：前回　SpockのHighTech夢想: 3Dプリンター木造建築工法

前回の続き。更に色々考え、実用に近づけた。

1. 構造材の変更
   1. 前は柱材として玄武岩（バサルト）ファイバーと言っていたが、これを廃止し、壁全体をハニカム構造とする。柱材は無くす。
      1. 目的は、①コストの低減、②廃材の再利用性向上(マテリアルリサイクル及びサーマルリサイクル)、③繊維棒ロボットの廃止、④資源の有効活用（全部木で作る）、である。
      2. 材料として、リグニン、木粉（100～500μm）、長繊維木粉（500μm～2mm）を使用する。
         1. リグニンの配合を多くするほど硬くなり、その代わりに脆性が高くなる（割れ、ヒビ）。脆性を補うために長繊維木粉を配合する。木粉はフィラー（価格調整、かさ増し）で使用する。
         2. 壁全体をハニカム構造とすることで、壁全体で重量を支えることができる。
         3. 力が掛かる要所（角や玄関枠など）ではハニカム径を調整して強度を増す。壁材部分は40mm、要所は10mm、などだ。
         4. 横方向（根太、梁）にもハニカム構造を適用する。下側ほどハニカム径を小さくする。
      3. 単純にハニカムを積み上げ方向に形成すると層間結合が弱いため、これを補強する施策を追加する。
         1. ハニカム層は数層分の硬化遅延が起きる仕掛けを施しておく。（遅延剤添加など）
         2. ハニカムが１層をプリントする度に、上から超音波過熱針を差し込む。するとまず縦方向に繊維が通過し、更にその周囲が先に硬化し、縦方向の結合強度が高まる。
         3. あるいは数層分を貫通する細い射出ヘッドを差し込み、引き抜きながら長繊維木粉混合リグニンを射出する。
      4. ハニカムの中は断熱材（後述）で埋め、断熱する。但し要所で中空のハニカムを作り、これを配管用とする。
2. 断熱材の変更
   1. 木質ファイバーを止め、木粉＋リグニン＋発泡剤とする。
      1. 木質ファイバーは3Dプリンタから吐出するのが困難で、また事前混合も困難であることより、素材の統一を優先する。
      2. これにより断熱性能は低下するので、壁の厚みを増すことで調整する。
         1. 壁材の想定は200mmである。外装面30mm（高リグニン 防湿・耐候）、ハニカム断熱層140mm、内装面30mm（高リグニン防湿・気密・難燃）となる。この厚さで十分、スウェーデンハウスに迫るくらいの断熱性能は確保できる。
         2. 合わせて気密性も極めて高く作れるので、高気密高断熱が実現する。
3. これで素材は４種類で完結する。
   1. 外壁材：高リグニン＋木粉＋UV剤＋耐候剤＋難燃剤
   2. 構造材：高リグニン＋長繊維木粉
   3. 断熱材：標準リグニン＋木粉＋発泡剤
   4. 内壁剤：高リグニン＋木粉＋難燃剤
   5. これらをペレットで供給し、3Dプリンタヘッドで加熱して吐出する。
4. 専用の3Dプリンタとして、これら4種類のヘッドを合わせたマルチヘッドを設計する。
   1. 外壁用１、構造材用20、断熱材用１、内壁用１。構造材用だけ細く、紙にプリントするプリンタのように、マルチヘッドでハニカムを一度に形成する。
      1. 縦方向のハニカム結合強化用施策（２種）は、どちらかないしは両方のヘッドを追加する。
   2. これにより、200mmの外壁が一度で形成できる。

この構造について、やはり費用面や建築スピードの面などから検討してみたのだが、結果としては恐ろしく高効率低価格である。

コンクリート3Dプリンタ住宅は壁材しか作れないので、内外壁の作業が更に必要になる。内壁は断熱、防湿材、壁紙など、外壁は塗装などだが、こちらは一体で作ってしまうので必要ない。また壁を作る速度も圧倒的に早い。マルチヘッドを抜きにしても、即時に硬化するのでコンクリートのように固まるのを待つ必要がないからだ。

また床や梁も作ることができる。床の場合は、コンクリートベタ基礎の上にまずサポート材をプリントし、その上に根太に相当する横方向ハニカム構造をプリントする。根太の間には充填剤を入れ、最上部はまた壁材でプリントしてやる。天井の場合はサポート材を使うよりは人手で板を渡してやった方が良いだろう。その上にまた3Dプリンターで梁をプリントすれば良い。

コンクリート3Dプリンタ住宅の場合は、天井は別に作って運んで設置する必要があった。これに対し、こちらは支持材としての薄い板（例えばプラダン）を置くだけで、後はプリンタが作ってくれる。

また、コンクリート3Dプリンタ住宅では不可能な、配管の穴を自在に空けることも可能で、電装や水回りの工程も大いに短縮できる。

また、コンクリート3Dプリンタ住宅では、窓枠部分はあらかじめ空けておいて、枠の上までプリントしたら人間が手で横長の棒を置き、またプリントを再開するのだが、木造3Dプリンタは窓の穴を空けず壁材を薄く積み上げることで印刷を続けることができる。木質なので完成後に穴を空けることは簡単で、薄く作っておけばそれこそパンチで空けられる。後はカッターで仕上げれば良い。そしてこの方法だと削り出しができる（コンクリートだとこれは難しい）ので、精度高く窓をはめ込むことができる。充填材も、通常ならシリコンシーラントを使うのだが、枠ぴったりにハメられるのならその量はごく少量でよい。ネジ止めも木ネジが使える。ドアも同様である。

他にも、室内壁を一緒にプリントできる、棚や押し入れなど簡単な造作も一緒に作れる、将来的には高精度プリンタを併用することで屋内ドアや窓枠（後はガラスをはめるだけ）のような可動部も一体でプリントできるだろう。これは後工程を大幅に短縮する。

屋根材も、最後にガルバリウムを貼る直前まではプリントできるはずだ。高リグニン材で形成すれば防水シートは不要だし、通気用の横木なども一体成型できる。その下の防音には断熱材が使える。

材質も全て木質系にしたし、高価なCNFなどは使わずに済んだので、坪40万円はやはり十分に狙えるとの試算が出た。

但し、建築確認の壁があるのはコンクリート3Dプリンタ住宅と同じである。ここまで考えるとさっさと試作したい（してほしい）」のだが、どこかの建築会社さん、拾ってくれないかなぁ。