Smart Innovation Ecosystem Novare(スポーツベット スロット Future of Monozukuri with 3D Printers)
Novare: A new platform that creates next generation innovation
Novare is an open innovation hub nestled in Shiomi, Koto-ku, Tokyo. Its name, derived from スポーツベット スロット Latin word for “to create” or “to renew,” embodies its purpose—to create a place for new invention by bringing together knowledge from Japan and overseas. Comprised by five facilities which work both independently and collaboratively, Novare mirrors スポーツベット スロット intricate ecosystems of nature, all converging at スポーツベット スロット heart of monozukuri (superb craftsmanship).
- Project site
- Shiomi, Koto-ku, Tokyo
- Site area
- 32,233.97 m²
- Stage
- Complete (2023)
Pursuing スポーツベット スロット future of monozukuri with new processes for reducing labor, materials, and environmental impact
Shimizu celebrated its 220th anniversary in November 2023. Novare’s mission is to inherit スポーツベット スロット DNA of knowledge, technology, and human resources cultivated over スポーツベット スロット long history and tie it into innovations.
スポーツベット スロット five facilities that comprise Novare work both independently and collaboratively, bringing together knowledge from Japan and overseas to create a place for new invention. In other words, it is also a place where various new technologies are introduced in field trials.
スポーツベット スロット facilities have taken on スポーツベット スロット challenge of monozukuri (superb craftsmanship) with new processes that reduce labor, materials, and environmental impact, aligning with modern societal circumstances and environmental needs. Here, we introduce three examples of future monozukuri that make use of 3D printers in different ways.
Environmentally friendly 3D curved wall formwork using 3D printer
One of スポーツベット スロット features of 3D printers is that they can easily create free-form shapes and excel in customized production. Leveraging this feature, スポーツベット スロット project team took on スポーツベット スロット challenge of developing environmentally friendly 3D curved wall formwork.
First, stress distributions were generated for long-term loads and earthquake loads using FEM analysis to calculate スポーツベット スロット shear force that determines スポーツベット スロット thickness of スポーツベット スロット wall (figure on スポーツベット スロット right).
スポーツベット スロット thickness is determined based on スポーツベット スロット stress distribution image data, and a shape is created by eliminating parts that are not structurally necessary. By thickening スポーツベット スロット wall where necessary and slimming it down everywhere else, concrete usage was successfully reduced by 10% (figure below).
Stress diagram of スポーツベット スロット dominant shear force. Red indicates a positive direction, blue indicates a negative direction, and スポーツベット スロット arrow indicates スポーツベット スロット position of スポーツベット スロット truss leg.
スポーツベット スロット stress distribution diagram is converted to wall thickness. By making it smooth, スポーツベット スロット amount of concrete was ultimately reduced by 10%.
Print simulation using 3D data
Next, スポーツベット スロット print was simulated in Grasshopper. This process uses 3D data to digitally verify information, such as how long it will take to print and how much material will be required. 3D printing involves more than just sending data; it also requires programming to operate スポーツベット スロット machine. This time, writing out a G-CODE program directly in Grasshopper allowed to link design and construction easily.
It was a vast wall measuring 20 m long and 4.5 m high. Therefore, on-site printing was implemented. This was スポーツベット スロット first time for スポーツベット スロット project team to try digital fabrication, which involves 3D printing on site based on design data. It was completed in about two weeks, printing four to five hours daily. スポーツベット スロット various information obtained, such as on mixing materials according to temperature, will be valuable data for future 3D printing construction.
Performing simulation in Grasshopper and centrally managing information necessary for construction
Shimz Robo-Printer is a construction 3D printer that can directly print full-scale structures at スポーツベット スロット construction site.Even massive objects can be printed seamlessly on site.
Reducing CO2 emissions by 60% using environmentally friendly materials
Here, an automatic plasterer where a brush is attached to スポーツベット スロット nozzle of a 3D printer was incorporated to create textures. After testing various sponges and animal furs, goat hair was selected. スポーツベット スロット result was a wall with a unique wavy appearance.
In addition, スポーツベット スロット 3D curved wall formwork is made with ECM concrete, a low-carbon concrete developed by another company, which contains a large amount of blast furnace slag powder. This large amount of blast furnace slag powder means ECM neutralizes faster than ordinary concrete, and thereby not suited for use in places exposed to fresh air. However, スポーツベット スロット material used in 3D printers is very dense and impervious to both water and air, which allows for スポーツベット スロット full utilization of ECM concrete’s advantages. This is a new initiative unique to スポーツベット スロット open innovation facilities to combine products from competing companies with in-house technology to address スポーツベット スロット social issue of reducing CO2emissions.
It is an environmentally friendly wall that reduces スポーツベット スロット amount of concrete used and cuts CO2 emissions by 60% compared to conventional materials, with no waste from スポーツベット スロット formwork.
With ECM concrete, 60-70% of スポーツベット スロット cement is replaced with blast furnace slag powder, a byproduct of steel manufacturing.
スポーツベット スロット exterior and interior of a 3D curved wall. スポーツベット スロット width of each stair has been adjusted to fit along スポーツベット スロット curved surface of スポーツベット スロット wall.
Structural printing to output スポーツベット スロット parking space itself with a 3D printer
First example in Japan of a 3D printer creating スポーツベット スロット structure itself
スポーツベット スロット application of 3D printers in construction is still in its infancy. To expand スポーツベット スロット possibilities, スポーツベット スロット challenge of printing スポーツベット スロット structural elements that form スポーツベット スロット framework of スポーツベット スロット building rather than スポーツベット スロット formwork for concrete was met.
Creating スポーツベット スロット structure itself with a 3D printer means スポーツベット スロット methods shown in スポーツベット スロット figure below in スポーツベット スロット center and on スポーツベット スロット right. One of スポーツベット スロット advantages of creating a structure itself is that it uses fewer materials by incorporating スポーツベット スロット 3D printed parts as structural elements, consequently leading to reduced environmental impact and improved aesthetic appeal. In addition, printing スポーツベット スロット structure directly from スポーツベット スロット design data makes it possible to skip steps such as creating construction and production drawings and placing concrete. Therefore, alongside this project, LACTM (Laminatable Cement-based Tough Material) S, a 3D printer material that can be used as cast-in place concrete, was developed, and ministerial certification was successfully obtained. This was a first in Japan.
Left: Example of a conventional use case where スポーツベット スロット dark gray area is created using a 3D printer. Only スポーツベット スロット light gray area is recognized as a structural element.Center: スポーツベット スロット dark gray area is 3D printed structure formwork also recognized as a structural element.Right: 3D printed structure made by 3D printing and placing rebar inside.
3D design of スポーツベット スロット optimal structure for スポーツベット スロット building’s shape
スポーツベット スロット parking space design makes use of スポーツベット スロット characteristics of concrete, a compressed material, to incorporate two arches. スポーツベット スロット long-term load is basically supported by two reinforced concrete pillars, with スポーツベット スロット stability improved by スポーツベット スロット supporting pillars. LACTM S, which can be included in スポーツベット スロット structural calculations, was applied to スポーツベット スロット arch tips and supporting pillars of スポーツベット スロット areas desired to be slender in terms of design and structure.
One of スポーツベット スロット major advantages of 3D printers is that they can print data as-is, making it possible to easily create complex shapes. Various studies were conducted on a design to incorporate 2 arches, and スポーツベット スロット options were narrowed down to a final proposal.
In addition, スポーツベット スロット data was created by dividing it into 14 parts, taking into account スポーツベット スロット parts that would be used as structural elements and スポーツベット スロット order of construction. This is a data structure unique to digital fabrication, where スポーツベット スロット data entered is output as-is.
A study of various patterns by analyzing geometrically complex shapes in three dimensions
A practical design blocking sunlight and enabling efficient water drainage through 2 rainwater collection points on スポーツベット スロット roof. スポーツベット スロット pavement utilizes wood bricks that do not absorb heat.
Utilizing 3D data to test, print, and verify
スポーツベット スロット gradually changing cross-sections of スポーツベット スロット components presented a challenge when printing スポーツベット スロット design. Therefore, スポーツベット スロット cross-sectional shape was adjusted by controlling スポーツベット スロット print volume and print speed. スポーツベット スロット optimal number of print rows was investigated for スポーツベット スロット cross-sectional change amount.
A process in which test prints are repeated and data is modified according to スポーツベット スロット print results was introduced to determine スポーツベット スロット print path. Data was also accumulated as スポーツベット スロット test prints were conducted.
スポーツベット スロット test results were reflected in スポーツベット スロット 3D model, and スポーツベット スロット print path was determined.
A 3D printing robotic arm was used to print on top of スポーツベット スロット steel bars to fabricate スポーツベット スロット components.
In addition, when actually using a 3D printer, スポーツベット スロット construction site team must manage スポーツベット スロット 3D data printing. Accordingly, スポーツベット スロット key points needed to be managed were identified from スポーツベット スロット 3D data.
スポーツベット スロット finished components were 3D scanned and superimposed on スポーツベット スロット model to ensure that スポーツベット スロット data was as designed. スポーツベット スロット quality control points, including スポーツベット スロット accuracy of スポーツベット スロット printed components and whether there were any errors in スポーツベット スロット data and figures, were also checked.
Rather than スポーツベット スロット conventional use of 3D printers, which has been limited primarily to replacing formwork materials, a parking space that uses 3D printing in its structure was created. This project could be called スポーツベット スロット first step towards スポーツベット スロット near future, where robots will make all buildings.
Key points to be managed on スポーツベット スロット print identified from スポーツベット スロット 3D data
3D scanning printed components and superimposing them on スポーツベット スロット model for verification
Front of スポーツベット スロット parking space. スポーツベット スロット right side is for electric vehicles, and スポーツベット スロット left side is an accessible parking space.
スポーツベット スロット component's surface has a detailed design with a height of 7 mm.
Achieving a 3D wavy roof with shell structure printing
Designing a structure-only building
スポーツベット スロット challenge of printing a shell structure was taken up as a way to further utilize 3D printing. Specifically, it was a non-reinforced print of exterior finishing materials (roofing materials).
スポーツベット スロット project started with verifying スポーツベット スロット design of スポーツベット スロット structural materials for a semi-outdoor, structure-only building. First, when looking into スポーツベット スロット combination of a 3D curved surface and a roof, スポーツベット スロット idea of having a wavy roof came up. With that idea, a roof was designed featuring rods that intersect in スポーツベット スロット plane and a 3D curved surface using sine curves with スポーツベット スロット long side beams being shifted by half a phase.
スポーツベット スロット rise of スポーツベット スロット roof was then reduced to preserve an unconstrained horizontality. By introducing tension into スポーツベット スロット intersecting rods, スポーツベット スロット stress generated by long-term loads was neutralized, resulting in a dynamically self-balanced structure.
スポーツベット スロット 3D roof itself is not reinforced. スポーツベット スロット rods at スポーツベット スロット bottom support スポーツベット スロット thrust force.
Due to スポーツベット スロット difficulty of printing a self-supporting panel, a model featuring a single-stroke shape was created. スポーツベット スロット red part was cut later to build スポーツベット スロット roof.
Creating details digitally
Next, スポーツベット スロット details, such as スポーツベット スロット angles and positions of スポーツベット スロット bolts and metal fittings attached to スポーツベット スロット roof, had to be developed. However, because of スポーツベット スロット 3D curved surface, スポーツベット スロット angles and positions differed depending on スポーツベット スロット location. Figuring out how to communicate this condition to スポーツベット スロット workers on site was a challenge. It was decided to use Grasshopper to automatically calculate スポーツベット スロット angles of スポーツベット スロット metal fittings and such and created all スポーツベット スロット details digitally.
There were eight kinds of metal fittings, and they were standardized for スポーツベット スロット angles and such in Grasshopper.
Developing a new usage for 3D printers
This project presented many first-time challenges for everyone involved in スポーツベット スロット construction, leading to various issues during スポーツベット スロット actual 3D printing work. There are challenges specific to 3D printing construction, such as スポーツベット スロット inability to reproduce スポーツベット スロット same print on different days and スポーツベット スロット process being affected by temperature and humidity differences. Since スポーツベット スロット printing was carried out in winter, スポーツベット スロット designer and builder collaborated to overcome each problem through trial and error, for example, by warming up スポーツベット スロット printing area with heaters.
As seen here, 3D printing has been used in various ways at Novare. However, issues still exist regarding スポーツベット スロット supply chain and legal regulations. スポーツベット スロット team members who worked on 3D printers at Novare continue to work on solving such issues to spread スポーツベット スロット use of 3D printing.
Left: Actual printing work carried out while using heaters. Right: Surface processing. スポーツベット スロット beautiful finish was achieved without スポーツベット スロット use of a brush.
Inside スポーツベット スロット building with スポーツベット スロット lights on. Normally used as a storage unit for recyclables for Novare.
Architectural design
Takashi Kimba
Structural design
Hatsutaro Tanaka
Structural design
Miho Yamashita
Structural design
Tomoya Sugiyama
Proposing a new usage for 3D printers
スポーツベット スロット project team took a step beyond スポーツベット スロット conventional application of 3D printing in formwork and took up スポーツベット スロット challenge of using it for finishing materials and structural elements, as well as for reducing environmental impact and on-site printing construction. By leveraging digital design in their studies, スポーツベット スロット team was able to advance to スポーツベット スロット next generation of design and construction collaboration, integrating 3D printing with computer numerical control. Although this technology has only a short history of being applied to real projects, スポーツベット スロット team believes it is an effective design and construction method for a future society that demands labor savings and low environmental impact. It is well-suited for スポーツベット スロット DX era. Hopefully, this project will help promote not only スポーツベット スロット development of スポーツベット スロット technology but also its widespread social adoption, fostering a proper understanding of 3D printer technology and creating needs.
