建設資材がレゴ ブロックのように簡単に組み立てたり分解できたらどうなるでしょうか?このような再構成可能な石積みは、建物の寿命が終わると解体され、新しい構造に再組み立てされ、同じ物理的な構成要素を使用して何世代にもわたって建物を供給できる持続可能なサイクルで使用されます。

これが循環型建築の背後にある考え方であり、可能な限り建物の材料を再利用および再利用して、新しい材料の製造を最小限に抑え、建設コストを削減することを目的としています。建設業の「固化炭素」とは、製造から解体まで、建物の建設全体のあらゆるプロセスに関連する温室効果ガスの排出を指します。

現在、MIT のエンジニアは、循環型建築のエコな可能性に動機付けられ、3D プリントで再生された材料で作られた新しい種類の再構成可能な石積みを開発しています。ガラス。MIT のスピンオフ企業 Evenline が提供するカスタム 3D ガラス プリンティング テクノロジーを使用して、チームは、レゴ レンガのように連動するように設計された、8 の字の形をした強力な多層ガラス レンガを作成しました。

機械的試験では、1 つのガラス レンガがコンクリート ブロックと同様の圧力に耐えることができました。構造の実証として、研究者らは連結したガラスレンガの壁を構築した。彼らは、3D 印刷可能なガラス石材を建物のファサードや内壁用のリサイクル可能なレンガとして何度も再利用できることを構想しています。

「ガラスはリサイクル性の高い材料です」と、MIT 機械工学助教授のケイトリン・ベッカー氏は言います。「私たちはガラスを石材に変え、構造物の耐用年数が終わったら、分解して新しい構造物に再組み立てしたり、プリンターに貼り付けてまったく別の形状に変えることができます。これらすべてが構築されます。持続可能で循環型の建築材料という私たちのアイデアを取り入れました。」

「構造材料としてのガラスは、人間の脳を少し破壊するようなものです」と、元 MIT 大学院生であり、MIT メディア ラボとリンカーン研究所の両方の研究者であり、Evenline の創設者兼ディレクターでもあるマイケル スターン氏は言います。「私たちは、これが建築界でこれまで行われてきたことの限界を押し広げる機会であることを示しています。」

ベッカー氏とスターン氏は同僚とともに、ガラスレンガの設計について詳しく説明しています。勉強日記に登場するガラス構造とエンジニアリング。MIT の共著者には、筆頭著者の Daniel Massimino 氏と Charlotte Folinus 氏、さらに Evenline の Ethan Townsend 氏が含まれています。

ロックステップ

新しい円形石積みのデザインのインスピレーションの一部は、当時学部生だったベッカーとスターンが初めて吹きガラスの技術と科学を学んだ MIT のガラス研究室で生まれました。

「この素材に魅力を感じました」とスターン氏は言います。彼はその後、溶融再生ガラスを印刷できる 3D プリンターを設計しました。このプロジェクトは、彼が機械工学科で学んでいたときに取り組んだものです。「私はガラス印刷がどのようにその場所を見つけて興味深いことを行うことができるかを考え始めました。建設はその可能性のあるルートの1つです。」

一方、MIT の教員職に就いたベッカー氏は、製造とデザインの交差点、および革新的なデザインを可能にする新しいプロセスを開発する方法を模索し始めました。

「ガラスやその光学特性、リサイクル可能性など、興味深い特性を持つ挑戦的な材料の設計および製造スペースを拡大することに興奮しています」とベッカー氏は言います。「汚染されていない限り、ガラスはほぼ無限にリサイクルできます。」

彼女とスターンは、3D 印刷可能なガラスを従来のレンガと同じくらい頑丈で積み重ね可能な構造石積みユニットにできるかどうか、またその方法を検討するために協力しました。新しい研究では、研究チームは Evenline のガラス プリンターの最新バージョンである Glass 3D プリンター 3 (G3DP3) を使用しました。このプリンターは炉と組み合わせて、粉砕したガラス瓶を溶かして印刷可能な形状にし、プリンターが層状のパターンで堆積させます。

チームは、吹きガラススタジオで通常使用されるソーダ石灰ガラスを使用して、プロトタイプのガラスレンガを印刷しました。彼らは、レゴブロックのスタッドと同様に、印刷された各レンガに 2 つの丸いペグを組み込みました。おもちゃのブロックと同様に、ペグを使用するとレンガを連結し、より大きな構造物を組み立てることができます。

レンガの間に配置された別の材料は、ガラス表面間の傷や亀裂を防ぎますが、レンガ構造を解体してリサイクルする場合は除去することができ、レンガをプリンタで再溶解して新しい形状に成形することもできます。チームはブロックを 8 の字型にすることにしました。

「8 の字型を使用すると、レンガを拘束しながら、ある程度の曲率を持つ壁を組み立てることができます」とマッシミノ氏は言います。

飛び石

研究チームはガラスレンガを印刷し、壊れ始めるまでレンガを圧迫する工業用油圧プレスで機械的強度をテストしました。研究者らは、最も強力なレンガは、コンクリートブロックが耐えられる圧力に匹敵する圧力に耐えることができることを発見しました。これらの最も強力なレンガは主に印刷されたガラスで作られており、レンガの底部には別途製造された連動機能が付いていました。

これらの結果は、石積みレンガの大部分が印刷されたガラスから作られ、印刷、鋳造、または別の材料から個別に製造できる連動機能を備えている可能性があることを示唆しています。

「ガラスは加工が難しい素材です」とベッカー氏は言う。「異なる素材で作られた連動要素が、この段階で最も期待できるものでした。」

同グループは、レンガの連動機能の多くを印刷ガラスで作ることができないか検討しているが、これが設計をスケールアップする上での大きな問題になるとは考えていない。ガラス石積みの可能性を実証するために、彼らは連結したガラスレンガで湾曲した壁を構築しました。次に、彼らは徐々に大きくなり、自立するガラス構造物を構築することを目指しています。

「私たちは、材料の限界が何であるか、そしてどのように拡張するかについてより理解しています」とスターン氏は言います。「私たちは建物への飛び石を考えていて、パビリオンのようなものから始めたいと考えています。これは人間が操作でき、その後第 2 のデザインに再構成できる一時的な構造物です。そして、これらのブロックがさまざまな可能性を秘めていることは想像できます。たくさんの人生を経て。」

詳細情報:Daniel Massimino 他、連結ガラス石積みユニットの積層造形、ガラス構造とエンジニアリング（2024年）。DOI: 10.1007/s40940-024-00279-8

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