XENCE、金属3Dプリンターで未利用森林資源を生かす新たな建築モジュールを創出

WAAM方式金属3Dプリンターを活用した資源循環の取組みを試行

愛知県名古屋市を拠点とする建築ベンチャー、XENCE Architecture Studio（以下「XENCE」）は、株式会社竹中工務店・シモダフランジ株式会社が共同で開発を進める、溶接タイプの金属3Dプリント技術（WAAM方式金属3Dプリンター）を活用し、森林資源の循環と建築の多様性実現を目指した実証建築「WOOD X NODE」の設計および施工を完了しました。３Dプリンターによる金属ジョイントと未利用木材を組み合わせ、地方林業とデジタルファブリケーションを融合する新しい建築のありかたを提案します。

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岐阜県に建設された、未利用木材と金属３Dプリンター製ジョイントによるシェルターモジュール

プロジェクト概要 本プロジェクトでは、シモダフランジがオランダMX3D社から導入し、竹中工務店と共同で技術開発を行ってきたWAAM方式金属3Dプリンターを活用。XENCEは、3Dプリンターの造形性を生かした部材形状デザインと、製材‐大工‐組立といった既存の製造サプライチェーンを巻き込んだ、大型建築における金属3Dプリンター活用展開を実施。3Dプリンターによる単一部材の製造に留まらず、複数の部材や素材で構成される建築架構システムを提案した。ジョイント部のデザインには、材料の有効な形状・配置を探索するトポロジー最適化技術を用いて、軽量かつ施工性の高い金属3Dプリンター製ジョイント部材を開発。実際に木材と接合させ、多素材による建築架構システムの実証を行った。
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トポロジー最適化によるジョイント部のデザインプロセス

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３Dプリンター製のステンレスジョイントが木材を繋ぐ

背景：WAAM方式の３Dプリンター技術の可能性[画像4: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/123873/3/123873-3-269d76eebe290803d1b4045c66073d1f-2978x1675.jpg?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]
WAAM方式金属3Dプリンター
建設業においても、自由な形状が生成でき、省人化・省資源化・省工程に貢献する3Dプリンターの活用が進んでいる。樹脂やモルタルなど、さまざまな素材がある中で、金属3Dプリンターへの注目度が高まっている。中でも、溶接タイプの３Dプリンター（Wire Arc Additive Manufactureing : ワイヤー＆アーク付加製造, WAAM）は、造形速度と経済性に優れ、建築スケールの部材造形に適している。

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実施工では、1辺50cm程度のジョイントを20ピース製作

成果・意義：金属3Dプリンター製ジョイントで未利用木材を有効活用 本プロジェクトでは、金属３Dプリンター製ジョイントにより、木材架構モジュールの設計・施工を行った。
木材については、三重県熊野市の製材業者である株式会社 nojimokuとも連携し、従来廃棄されていた三日月状の周辺部材（ミミ材・チップ材）を建築材料として活用。製材過程で生じる副産材を、建築材料として再価値化することで、 森林循環型社会の一端を実現。金属3Dプリンターと地域木材との組み合わせにより、 建築の多様性・地域性を取り戻し、標準化・大量生産型からの脱却を図った。
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木取りの例 ｜ 製材時に角材がとれない周囲の、三日月形状部は廃棄される

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実際に現地で製材・選別されたミミ材・チップ材

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施工時のジョイント部の仮組状態

デジタルファブリケーションを通じた地域産業と建設のダイレクトな連携 ３Dプリンターに代表されるデジタルファブリケーション技術は、林業や製材業といった地方産業と、建設産業を直接連携させる新たな産業構造モデルとなり得る。本プロジェクトが提示する、ばらつきのある木材の活用・小ロットで生産されたジョイント部材・小人数での組立て施工、といった特徴は、これまで相反する関係にあった効率化と個別対応を両立させる可能性を示す。
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今後の展開 XENCEは、今後も、金属3Ｄプリンターを建築に活用することで、農村部における他産業からの建築素材の創出や、都市部における解体材・廃材の有効活用を進める。いわば「3Dプリンター×建設業」をハブとした新たなサーキュラーエコノミーの構想を実現していく。
例えば、古民家から解体時に排出される柱材や梁材をなどの廃材を、廃材それぞれの継ぎ手・仕口に適したジョイントを３Dプリンターにより製造すること新たな構造体を設計・施工したり、木造密集地のシェルター構造物を製作したりなど、建築×林業×デジタルファブリケーションの軸で、サーキュラーエコノミー・地方創生・SDGs対応・産業構造の変革を加速していく。
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廃棄される柱や梁の再利用を想定して作られた、高架下に設置できる木構造シェルターのレンダリングイメージ

今後、パイロット建築・産業・公共施設での展開を検討中。詳細は別途発表予定です。
会社概要XENCE（ゼンス）
所在地：名古屋市千種区不老町１ 名古屋大学 Tokai Open Innovation Complex
代表社員：小澤巧太郎
事業内容：サーキュラーな建築のモジュール開発・設計施工、ファシリティマネジメント、サーキュラーマテリアル開発
Web：https://xence-architecture.com
Mail：info@xence-architecture.com
■ 本件に関するお問い合わせXENCE（お問い合わせ）
Mail：info@xence-architecture.com

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