July, 2, 2025, Cambridge--マサチューセッツ州運輸省と協力して、MIT研究者はアディティブ・マニュファクチャリングを使用して橋の腐食を現場で修復できることを示した。
全米の623,218の橋の半数以上が大幅な劣化を経験している。マサチューセッツ大学アマースト校(University of Massachusetts at Amherst)が率いるチームは、マサチューセッツ州西部で実施されたフィールドケーススタディを通じて、MIT機械工学部(MechE)の研究者と共同で、3Dプリンティングが費用対効果が高く、破壊を最小限に抑えたソリューションを提供できる可能性があることを実証した。
「車を運転するときはいつでも、腐食した橋の下や橋を渡る。それらはどこにでもある。避けることはできず、その状態は著しく悪化していることがよくある。われわれはその数を知っている」と、マサチューセッツ大学アマースト校の土木環境工学の准教授、MITの土木環境工学科の元客員教授Simos Gerasimidisはプレスリリースで語っている。
米国土木学会の 2025 Report Card for America’s Infrastructure によると、その数字は驚異的だ: 米国全体では、全米の 623,218 の橋の 49.1% が「良好な」状態にあり、6.8% が「悪い」状態にある。これらの故障した橋梁をすべて修復するための予測コストは、1,910億ドルを超えている。
先月、マサチューセッツ州グレートバリントンの橋の小さな腐食部分で、概念実証の修理が行われた。コールドスプレーと呼ばれるこの技術は、ビームの寿命を延ばし、新たに堆積した鋼でビームを補強することができる。このプロセスでは、粉末鋼の粒子を加熱された圧縮ガス中で加速し、技術者がアプリケータを使用して鋼をビームに噴霧する。スプレーを繰り返すと、複数の層が作成され、厚さやその他の構造特性が復元される。
この方法は、潜水艦、飛行機、船舶などの他の大型構造物にとって効果的な解決策であることが証明されているが、橋梁はより大きな規模で問題を引き起こす。移動可能な船舶とは異なり、固定橋梁は3Dプリンタに持ち込むことができず、システムへの影響を軽減するために、交通の中断を最小限に抑えて修理を行う必要があるが、新しいアプローチではそれが可能になっている。
「この概念実証の修理が完了したので、はるかに迅速で、コストが低く、より簡単で、侵襲性の低いソリューションへの明確な道筋が見えてきた」(Gerasimidis)。
「われわれの知る限り、これは初めてのことである。もちろん、開発が必要なR&Dもあるが、これはそのための大きなマイルストーンである。
「これは、連邦および米国全体のインフラストラクチャの重要なニーズに対応するために最先端のテクノロジーがもたらされるという、非常に大きなコラボレーションである」と、1922年のクラス教授であり、MITのMechE学部長John Hartはコメントしている。同氏と、MIT先端生産技術センタのシニアプログラムマネージャ、Haden Quinlanは、このプロジェクトにおけるMITの取り組みを主導している。
Hartは、最近発表されたMITの新製造業イニシアチブの共同リーダーでもある。
「デジタルシステムと高度な物理処理を統合することが、インフラストラクチャの未来である。この技術を研究室を超えて現場に移したことを嬉しく思う。この作業を可能にしてくれた協力者に感謝している」とQuinlanは、コメントしている。
MITは、マサチューセッツ州運輸省(MassDOT)が貴重な研究パートナーであり、問題の特定を支援し、技術の開発と実証に不可欠なサポートを提供してきた。技術指導と資金援助は、MassDOTハイウェイ部門と研究および技術移転プログラムによって提供された。
このプロジェクトの設備は、マサチューセッツ州技術協力会(MassTech)の先端製造センタが主導する州全体のプログラムであるマサチューセッツ製造イノベーションイニシアチブを通じて支援された。
「これはまさしくマサチューセッツ州のサクセスストーリーである。それは、MassDOTが新しいアイデアに対してオープンマインドであることを含む。UMassとMITが頭脳を合わせてそれを行うことが含まれる。これには、マサチューセッツ州に製造を取り戻すためのMassTechが含まれる。したがって、ここに関わるすべての人にとってWin-Winの関係だと思う」とGerasimidisは、語っている。
グレート・バリントンの橋は数年以内に取り壊される予定である。解体が行われた後、最近噴霧されたビームは、試験と測定のためにUMassに持ち帰られ、堆積した鋼粉が制御された実験室の設定と比較して現場で構造物にどの程度付着したか、噴霧後にさらに腐食した場合、その機械的特性を決定する。
このデモンストレーションは、UMassとMITのチームによる数年にわたる研究に基づいており、腐食したビーム表面をスキャンして材料の堆積プロファイルを決定する「デジタルスレッド」アプローチの開発や、コールドスプレーやフィールド展開に適したその他の積層造形アプローチの実験室研究が含まれる。