3D Printing for Sustainable Infrastructure: A Review of Technological Advances, Opportunities and Barriers to Adoption

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Identifies research gaps in durability, standards, and materials for 3D-printed infrastructure.

🏛政策担当者:Highlights the need for regulatory frameworks and design codes to enable adoption.

インフラシステムは、システムの機能、経済発展、生活の質の向上を可能にする主要な物理的ネットワークである。これらのシステムには、輸送ネットワーク、上下水道システム、エネルギー配給、電気通信が含まれる。しかし、従来のインフラ建設は、大量の材料消費、 substantial な炭素排出、長期化する建設スケジュール、高コスト、増大する維持管理の backlog など、深刻化する持続可能性の課題に直面している。これらの多面的な課題により、建設を加速し、環境影響を低減し、コストを削減し、インフラの性能と回復力を向上させることができる技術を同時に模索する必要性が生じている。三次元（3D）プリンティング技術（建設規模の積層造形とも呼ばれる）の介入は、インフラ開発に対する潜在的に変革的なアプローチとして浮上している。3Dプリンティングは、迅速な建設、形状最適化、材料効率、持続可能な材料の統合のための能力を提供する。本レビュー論文は、持続可能なインフラ開発における3Dプリンティング応用の包括的な分析を提供し、この技術の広範な採用が直面する substantial な機会と持続的な課題の両方を検討する。本レビューは、以前に発表されたジャーナル論文、書籍、会議論文を含む二次資料を用いて実施された。特定された主な機会には、トポロジー最適化による30〜60%の材料削減、特定の用途における50〜70%の建設時間短縮、最大100%の置換レベルでのリサイクル骨材および産業副産物の使用を可能にすること、構造的に最適化された形態を可能にする形状設計の柔軟性、ならびに災害対応および遠隔地での迅速な展開の可能性が含まれる。しかし、印刷構造物の長期耐久性データの不足、包括的な設計コードおよび基準の欠如、高い初期資本投資要件、用途を制限する限られた材料パレット、層ごとの建設による異方性の機械的特性、補強材統合の困難、規模の制限、品質保証の複雑さ、労働力のスキルギャップ、規制承認の障壁など、 significant な課題が依然として存在する。本質的に、3Dプリンティングは持続可能なインフラを前進させるための真の substantial な機会を提供する一方で、この可能性を実現するには、研究開発、標準化、労働力開発、規制枠組みの確立、およびより広範な持続可能なインフラ計画アプローチへの戦略的統合における協調的な取り組みが必要である。将来の研究は、様々な環境および荷重条件下での3Dプリントインフラ材料の長期耐久性、構造性能、および持続可能性の向上に焦点を当てるべきである。さらに、建設規模の積層造形のより広範な産業採用を支援するための、標準化された設計コード、品質管理プロトコル、および規制枠組みの開発に関する研究も必要である。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Infrastructure systems is a major physical network that enable system functioning, economic development, and improved quality of life. These systems include transportation networks, water and wastewater systems, energy distribution, and telecommunications. However, conventional infrastructure construction faces escalating sustainability challenges including massive material consumption, substantial carbon emissions, extended construction timelines, high costs, and growing maintenance backlogs. These multifaceted challenges have necessitated the need to search for technologies that can simultaneously accelerate construction, reduce environmental impacts, lower costs, and enhance infrastructure performance and resilience. The intervention of the three-dimensional (3D) printing technology, also termed construction-scale additive manufacturing, has emerged as a potentially transformative approach to infrastructure development. 3D printing offers capabilities for rapid construction, geometric optimization, material efficiency, and integration of sustainable materials. This review article provides a comprehensive analysis of 3D printing applications in sustainable infrastructure development, examining both the substantial opportunities and persistent challenges confronting the technology's widespread adoption. This review was conducted using secondary sources, including previously published journal articles, books, and conference papers. Key opportunities identified include 30-60% material reduction through topology optimization, 50-70% construction time reduction for specific applications, enabling use of recycled aggregates and industrial by-products up to 100% replacement levels, geometric design flexibility enabling structurally optimized forms, and potential for rapid deployment in disaster response and remote locations. However, significant challenges persist encompassing limited long-term durability data for printed structures, absence of comprehensive design codes and standards, high initial capital investment requirements, limited material palette constraining applications, anisotropic mechanical properties from layer-by-layer construction, reinforcement integration difficulties, scale limitations, quality assurance complexities, workforce skill gaps, and regulatory approval barriers. In essence, while 3D printing offers genuine and substantial opportunities for advancing sustainable infrastructure, realizing this potential requires concerted efforts in research and development, standardization, workforce development, regulatory framework establishment, and strategic integration within broader sustainable infrastructure planning approaches. Future studies should focus on improving the long-term durability, structural performance, and sustainability of 3D-printed infrastructure materials under varying environmental and loading conditions. Moreover, research is also needed on the development of standardized design codes, quality control protocols, and regulatory frameworks to support wider industrial adoption of construction-scale additive manufacturing.

• semanticscholar https://doi.org/10.9734/cjast/2026/v45i54697first seen 2026-07-16 06:54:43 · last seen 2026-08-09 05:58:56