建築3Dプリンティング

「3Dプリンターで家が建つ」という話題を、ニュースで見かけた方は多いと思います。数年前までは海外の実験のような扱いでしたが、いまや国内でも住宅・擁壁・工場の柱にまで実工事での適用が広がっています。この記事では、建築3Dプリンティングとは何か、どういう仕組みで動くのか、現時点でどこまで実用化されているのか、そして中小の建設会社が向き合うときの注意点までを、専門用語をできるだけ避けて整理します。数値はすべて公表資料をもとにしています。

建築3Dプリンティングとは

建築3Dプリンティングとは、3次元の設計データをもとに、モルタルやコンクリートなどの材料をノズルから吐き出して層状に積み上げ、壁や部材をつくる施工技術のことです。「建設用3Dプリンター」「建設3Dプリンター」とも呼ばれます。最大の特徴は、型枠を組まずに形をつくれること。従来のコンクリート工事では、形をつくるための型枠を大工が組み、打設し、固まったら解体する、という工程が必要でした。3Dプリンティングはこの一連の工程を「データどおりに積む」という一つの作業に置き換えます。

机の上に置く樹脂の3Dプリンターと発想は同じですが、扱う材料はセメント系、造形物の大きさは数メートル単位です。そのため機械はロボットアーム型やガントリー（門型）のフレーム型が主流で、材料を練り混ぜて供給する装置とセットで運用します。設計データはBIM/CIMのモデルや3次元CADからつくられ、そこから機械が動く経路（ツールパス）に変換されます。

仕組みと3つの方式

「建築3Dプリンティング」とひとくくりに言っても、材料の出し方と、どこでつくるかで性格がかなり変わります。まず材料の出し方から見ていきます。

• 材料押出型：ノズルから練ったモルタルを絞り出し、ミミズのような線を積み重ねていく方式。もっとも普及しており、住宅や擁壁の造形はほぼこの方式です。
• 材料噴射型：圧縮空気で材料を吹き付ける方式。あらかじめ組んだ鉄筋の間にも材料を回り込ませられるため、鉄筋入りの部材をつくれるのが強みです。
• 結合材噴射型：砂などの粉体を敷き詰め、固める液体を必要な場所だけ噴射して固める方式。細かい形状に向き、部材の製作で使われます。

つくる場所による違いも重要です。工場でつくって現場に運ぶプレキャスト方式は、天候に左右されず品質が安定します。一方、現場でそのまま印刷するオンサイト方式は運搬の制約がなくなり大きな構造物をつくれますが、気温や湿度の影響を受けやすくなります。国内では両方が使い分けられている段階です。

1. 1

   3次元データをつくる

   BIMや3次元CADで形状をモデル化します。ここで積層の向きや壁の中空構造も決めるため、意匠・構造・施工を同時に考える必要があります。

2. 2

   ツールパスに変換する

   モデルを水平方向にスライスし、ノズルが通る経路と吐出量に変換します。層の高さや速度の設定が、そのまま仕上がりと強度に効いてきます。

3. 3

   材料を調合・供給する

   専用のモルタルを練り、ポンプで送ります。硬すぎればノズルが詰まり、柔らかすぎれば積んだ形が崩れるため、水量と温度の管理がもっとも神経を使う部分です。

4. 4

   積層して造形する

   下の層が形を保てる程度に固まってから次の層を積みます。止めると継ぎ目が弱点になりやすいため、連続運転を前提に段取りを組みます。

5. 5

   補強・仕上げをする

   中空部にコンクリートや鉄筋を入れて構造体としたり、表面を均したりします。プリントで終わりではなく、この後工程まで含めて工期を見るのが実務的です。

AI侍

ボタンひとつで建物が出てくる、というものではござらぬ。データをつくる者、材料を見る者、仕上げる者――結局は人の手が要るのでござる。

国内ではどこまで実用化されているか

実験段階の話に聞こえるかもしれませんが、国内の公表事例はすでに具体的です。代表的なものを、公表されている数値とともに見ていきます。

大林組は2023年3月、東京都清瀬市の技術研究所内に3Dプリンター実証棟「3dpod」を完成させました。同社の発表によると、セメント系材料を用いた3Dプリンターによる建築物として国内で初めて建築基準法に基づく国土交通大臣認定を取得した構造形式で、壁や床といった地上構造物のすべての部材に3Dプリンターを用い、壁は現地で直接プリントしたとされています。鉄筋・鉄骨は使わず、専用モルタルと超高強度繊維補強コンクリートで構成されています（出典: 大林組ニュース）。

同じ大林組は土木側でも成果を出しています。新丸山ダム建設工事の仮設の工事用管理施設で、規格化しにくい隅角部3カ所に3Dプリンター製のプレキャスト部材を適用し、2024年7月に擁壁設置を完了。専用型枠を製作する場合と比べて工程を約30％短縮、コストを約5％削減し、従来の現場施工と比べると現場作業日数は約20日から1.5日になったと公表されています（出典: 大林組ニュース）。

この清水建設の事例は、材料噴射型の技術を実工事に初適用したもので、日本製鉄の製鉄所内の設備基礎となる鉄筋コンクリート柱2体を、ロボットアーム型のモバイル3Dプリンタと自動材料製造装置を現場に持ち込んで施工しています。鉄筋を組んだうえから材料を噴射できるため、構造部材への適用範囲が一段広がった事例として位置づけられています。

住宅分野ではセレンディクスの取り組みが知られており、日経クロステックは同社の2人暮らし向け住宅を44時間30分で施工、価格550万円と報じています。ただし住宅は建築確認の対象であり、誰でもすぐ同じものを建てられるわけではない点は後述します。

注目したいのは、大手ゼネコンだけの話ではなくなっていることです。吉村建設工業は京都市西京区の道路工事で国産の建設用3Dプリンターを大規模に活用し、重力式擁壁と小型擁壁では人工数が5割以下、施工日数が3割以下になったと報じられています。ボックスカルバート上部の擁壁では作業員19.2人・11.8日が、7人・1.75日になったとされます（出典: 建設ITブログ）。公共工事の土木構造物のように、形が単純で数が多い部材から入っていくのが現実的な広がり方といえます。

建設現場での使い方

では自社の現場で考えるとき、どこから当てはめるとよいのでしょうか。公表事例から見えてくる「効きやすい場所」は次のあたりです。

• 擁壁・側溝・集水桝などの土木小構造物：形が決まっていて数が多く、型枠の手間が大きい。もっとも導入が進んでいる領域です。
• 隅角部や取り合いなど、規格品が使えない部分：型枠を1回だけ製作するのは高くつくため、3Dプリントの相対的な有利さが出ます。
• 設備基礎・機械基礎：形状が複雑で現場ごとに違い、かつ意匠上の要求が緩い部分。
• 内外装のデザイン部材：曲面ルーバーやベンチ、サインなど、型枠では手が出ない形をつくれます。
• 仮設・付帯構造物：本設ほど厳格な検証が求められないため、最初の一歩として選ばれやすい領域です。

逆に、標準的な型枠がそのまま使える直線部や、鉄骨造の一般的な建物では、いまのところ従来工法のほうが速く安いことが多いのが実情です。導入の可否は「3Dプリンターが使えるか」ではなく「型枠と人工のどちらがどれだけ減るか」で考えると判断を誤りにくくなります。設計段階からデータを整えておく必要があるため、パラメトリックデザインや型枠工事の知見が、そのまま効いてくる領域でもあります。

メリットと注意点

デザイン面の自由度も見逃せません。曲面や複雑な断面は型枠だと製作費がそのまま跳ね上がりますが、3Dプリンティングでは形が複雑になっても加工の手間はさほど変わりません。廃棄物の面でも、使い捨てになりがちな木製型枠を減らせるという指摘があります。

この状況は動いています。日経クロステックによれば、国土交通省は延べ面積200平方メートル以下の平屋建てなど小規模な建築物について仕様規定を設ける方針で、それに沿った設計なら個別の大臣認定なしで建設できるようになると報じられています。土木側でも、国土交通省大臣官房技術調査課が令和8年3月に「建設用3Dプリンタによる造形物の出来形及び品質の確認に関する参考資料（案）」をまとめており、検査のものさしが整いつつある段階といえます。制度は変わりうるので、判断の前に最新の告示・通達を確認するのが安全です。

品質面では、層と層の接着（コールドジョイント）が弱点になりやすい、気温や湿度で材料の硬化が変わる、といった課題が指摘されています。止めずに打ち切る段取りや、材料の温度管理が現場のノウハウになります。こうした技術を含む建設DX全体の進め方については、AI番頭のサービスでも整理の仕方をご案内しています。

中小の建設会社は何から始めるか

1. 1

   型枠にかかっている手間を数える

   直近の現場で、型枠の製作・組立・解体に何人工かかったかを洗い出します。ここが小さければ、3Dプリンティングの効果も小さくなります。

2. 2

   効きそうな部材を1種類だけ選ぶ

   擁壁の隅角部、集水桝、機械基礎など、形が繰り返し出てきて型枠が高くつくものを1つに絞ります。最初から本設の主要構造部を狙わないことが大切です。

3. 3

   3次元データを用意できるか確かめる

   図面が2次元しかない場合、モデル化する手間が別途かかります。BIM/CIMの整備状況が、そのまま導入のしやすさに直結します。

4. 4

   レンタルや協業で1回試す

   建機レンタル会社が建設用3Dプリンターの取り扱いを始めており、購入前に試せる環境が出てきています。まず1部材つくってみて、段取りの実感を得ます。

5. 5

   工期と人工を比較して判断する

   試した結果を従来工法と並べ、日数・人工・コストで比べます。数字が出てから範囲を広げれば、投資の失敗を避けられます。

どこから手をつけるべきか判断がつかない場合は、現場の状況を伺ったうえで整理のお手伝いもしています。ご相談はお問い合わせフォームからどうぞ。

よくある質問

関連用語

AI侍

型枠を減らせる場所はどこか、まずは一つだけ見定めるのが肝要でござる。数字が出てから広げられよ。

出典・参考