株式会社竹中工務店は2026年11月10日、WAAM（Wire Arc Additive Manufacturing）方式による金属3Dプリンター製接合部を、公的な建設許可を受けた建築物の構造部材として世界で初めて適用したと発表した。本技術は、2027年国際園芸博覧会の出展施設「竹中グループ くるくるく」の曲面屋根を支持する張弦梁の構造接合部として実装される。
WAAM方式による金属3Dプリント接合部の技術特性と公的許認可の取得プロセス
建築構造物において、3Dプリンターで出力された金属部材が公的な建設許可を得て主構造へ組み込まれた事例は、2026年10月時点で世界初となる。今回適用された技術の骨格と、実物件への導入に至った検証内容を整理する。
型や治具を排除するアーク溶接積層技術「WAAM」の仕組み
WAAM（ワイヤー・アーク積層造形）方式は、約5,000〜20,000℃の高温アーク放電によって金属ワイヤを溶融させ、溶着金属を連続的に肉盛り積層していく3Dプリンティング技術である。従来の鉄骨加工や鋳造部材の製造プロセスと比較して、以下の加工特性を持つ。
- 金型・治具レスの直接造形
溶鋼を流し込む砂型や特殊な固定治具を製作する必要がなく、3次元CADデータから直接部材を積層成形できる。 - 多品種・異形状部材の同一ライン製作
設置位置ごとに角度や取り合い寸法が異なる接合部であっても、加工プログラムの切り替えのみで同一の溶接ロボットセルから連続して出力できる。 - 材料使用量の最適化とアップサイクル対応
応力分布に応じたトポロジー最適化形状をダイレクトに成形できるため、鋼材の無駄な削り出しや余剰肉厚を削減できる。また、再利用鋼材や廃レールを溶解・伸線加工した溶接ワイヤの適用も可能である。
指定確認検査機関の審査を通過した構造安全性と品質管理
金属積層造形部材を建築物の構造耐力上主要な部分へ適用するためには、建築基準法に基づく安全性の担保が必須となる。竹中工務店は第三者機関および指定確認検査機関による審査を受け、設計手法ならびに品質管理プロセスの妥当性を立証した。
具体的には、以下の3段階で構造性能が検証されている。
- 材料試験
積層方向（Z軸）および溶着ビード方向（X-Y軸）における引張強度、降伏点、伸び、衝撃吸収エネルギーを測定し、異方性や内部欠陥の影響を評価した。 - 実寸部材載荷実験
実物大の金属接合部モックアップを作成し、張弦梁から伝達される実荷重（引張力・曲げモーメント）を加力して耐力と変形性能を確認した。 - 有限要素解析（FEM）との照合
部材内部の応力集中箇所を弾塑性FEM解析で特定し、実験値と解析値の整合性を確認することで、構造設計モデルの安全率を確定した。
これらに加え、造形自由度の高さを利用して接合部の中空内部へ照明器具をビルトインし、構造支持機能と空間演出機能を一体化させた部材設計が採用されている。
金属3Dプリント建築部材の実用化に向けた開発タイムライン
竹中工務店における金属3Dプリンティング技術の開発は、海外スタートアップとの連携から段階的な実証を経て、今回の本設構造部材適用へと進展してきた。
| 年月 | 開発・適用のマイルストーン | プロジェクト名・対象構造 | 技術的到達点 |
|---|---|---|---|
| 2020年9月 | 欧州スタートアップとの共同研究 | オランダMX3D社との試作開発 | 大空間建築物向け金属接合部のプロトタイプ造形 |
| 2025年9月 | 鉄道廃材アップサイクル実証 | 大阪環状線弁天町駅「ルーレベンチ」 | 廃レール由来のワイヤを用いた長さ6.2mの大型屋外家具 |
| 2025年11月 | 異種材料接合の構造実験 | 実証建築「WOOD X NODE」 | シモダフランジと共同で木材架構用金属ジョイントを製作 |
| 2026年6月 | 博覧会施設工事着工 | 「竹中グループ くるくるく」起工式 | 横浜市瀬谷区の博覧会敷地において建設工事を開始 |
| 2026年10月 | 公的建設許可の取得 | 「竹中グループ くるくるく」張弦梁接合部 | 構造部材としての指定確認検査機関審査を通過（世界初） |
| 2026年11月 | 技術発表 | 金属3Dプリンター製接合部の初適用公表 | WAAM方式による多品種少量構造部材の商用実装を発表 |
参考記事: 国土交通省｜200㎡以下の3Dプリンター建築告示施行で事業化加速へ
設計・施工・調達サプライチェーンに生じる3つの具体的影響
型枠や金型を用いずに金属構造部材を出力するプロセスの成立は、元請ゼネコン、設計者、鉄骨ファブリケーターの各サプライチェーンに直接的な変化をもたらす。
ゼネコン（元請け）：特殊異形状部材の調達リードタイムと型枠・治具費用の圧縮
曲面屋根や幾何学的ドーム構造などの非定型建築では、部材ごとの接合角度がすべて異なる「全数異形状」の接合部（ノード）が発生する。従来の鋳造工法（ロストワックス法や砂型鋳造）では、ノードごとに木型や金型を個別に製作する必要があり、型枠費用の増大と数カ月単位の製作リードタイムが現場のクリティカルパスとなっていた。
WAAM方式の導入により、3Dモデルデータから直接溶着積層できるため、型枠製作工程とその費用が消失する。設計変更が生じた場合でも、CADデータの修正のみで造形プログラムを更新できるため、着工後の納まり調整に伴う調達遅延リスクを低減できる。
参考記事: 竹中工務店、手書き図面をAIでCAD化｜2026年9月現場加工機レンタル開始
意匠・構造設計者：形状最適化の直接具現化と設備機能の内包化
これまでの構造設計は、「厚板鋼板を切断して溶接接合する」「規格鋼管をガセットプレートで留める」といった既存の製造制約（加工性）に縛られていた。そのため、応力解析上で理想的な曲面形状が導き出されても、製作コストの観点から単純な箱型やプレート形状へ簡略化せざるを得なかった。
金属3Dプリントの適用により、有限要素解析で算出した応力テンソルに沿ったトポロジー最適化形状をそのまま実部材として出力できる。また、今回の「くるくるく」で実装されたように、部材内部に配線ルートや照明器具を一体成形する「構造・設備の統合設計」が可能となり、部材点数の削減と納まりの簡素化が両立する。
参考記事: 荒木組が堤防工事に3Dプリンタ階段採用｜現場施工を12日から2日に短縮
鉄骨ファブリケーター・溶接工事業者：多品種少量加工の自動化と工場オペレーションへの移行
鉄骨製作工場において、複雑な多面接合部の組み立ては、高度な技能を有する溶接技能者が仮組み・本溶接・歪み矯正を手作業で実施してきた。異形状ノードの溶接は自動溶接ロボットのティーチングが困難であり、手溶接への依存度が高止まりしていた領域である。
WAAM技術は、多軸ロボットアームと溶接電源を組み合わせた自動積層システムであるため、従来の手作業をロボットの自動運転へと置き換える。ファブリケーター側にとっては、熟練溶接工の不足を自動積層セルで補完しつつ、工場内での機械オペレーションおよび非破壊検査業務への役割シフトを促す要因となる。
参考記事: JR東日本が小佐野駅を3Dプリンター現場直施工｜27年3月供用へ
ConShiftの視点：規格品依存から「データ直結型ファブリケーション」への構造転換
コンクリート系3Dプリンターの領域では、2026年6月に「積層造形型枠一体型壁式鉄筋コンクリート造」に関する新告示（令和8年国土交通省告示第693号）が施行され、延べ面積200平方メートル以下の建築物において確認申請のみでの施工が可能となった。この法改正を契機に、モルタル積層による平屋建物の商用化が進んでいる。一方で、大規模建築物や非住宅建築物の骨組を支える鉄骨造の領域では、材料強度と接合部の信頼性審査が参入障壁となり、金属3Dプリンターの実用化はベンチやモニュメントなどの非構造部材にとどまっていた。
今回の竹中工務店による事例は、材料試験、実寸実験、FEM解析を通じて指定確認検査機関の審査を通過し、金属積層部材が建築基準法上の本設構造部材として承認され得ることを実証した点に制度的な分水嶺がある。これまで「規格寸法の鋼材を大量生産・現場切断・現場溶接する」ことを前提としていた建築鋼構造のサプライチェーンに対し、BIMデータから直接ロボットが1点ものの部材を出力する「オンデマンド・デジタルファブリケーション」が工法選択肢に加わったことを意味する。
竹中工務店は今後、第三者機関による材料認証の取得と、一般の大規模建築物への適用拡大を進める方針を示している。GREEN×EXPO 2027での実証を経て材料認証が確立されれば、特殊な大スパン建築や複雑な曲面トラスにおける異形状ノード調達は、金型発注から3Dプリント自動積層へ本格的に移行していくことになる。
出典: takenaka.co.jp
出典: sharelab.jp
出典: takenaka.co.jp
出典: itmedia.co.jp
出典: asahi-ko-san.co.jp
出典: bureauveritas.jp
