Entretien :Dr Richard Buswell de l'Université de Loughborough

L'Université de Loughborough ouvre la voie à l'établissement de la fabrication additive dans le secteur de la construction depuis plus de dix ans maintenant. L'École d'ingénierie civile et du bâtiment a été acclamée avec son processus innovant d'impression 3D avec du béton et travaille en étroite collaboration avec des leaders de l'industrie tels que Skanska et le Manufacturing Technology Center pour en faire un outil viable pour un large éventail d'applications de construction.

RP Platform a eu la chance de s'asseoir avec le Dr Richard Buswell pour discuter de la recherche de pointe en cours à Loughborough, du défi de l'introduction d'une nouvelle technologie dans une industrie conservatrice et du rôle d'AM dans un mouvement plus large vers l'automatisation dans l'ensemble du secteur.

Comment vous êtes-vous intéressé à l'impression 3D ?

Mon parcours est la performance énergétique des bâtiments. C'est dans ce domaine que j'ai fait mon doctorat, mais à l'époque, il y avait des conversations en cours entre nos départements génie civil et génie mécanique sur la fabrication additive, ce qui a suscité mon intérêt et je me suis impliqué à partir de ce moment-là.

Parlez-moi un peu plus de certaines des recherches que vous menez actuellement sur l'impression 3D à Loughborough…

Nous avons fait un tas d'études de cadrage autour de l'idée de la fabrication additive en 2004, mais ce n'est qu'en 2006 que nous avons obtenu notre première grosse subvention. Le Conseil de recherche en génie et en sciences physiques (EPSRC) a lancé une initiative à l'échelle nationale portant sur les centres d'excellence de fabrication innovants, et Loughborough était l'un d'entre eux. Cela nous a donné la plate-forme pour mettre en avant ce travail « ciel bleu », qui était bien sûr :« Peut-on utiliser la fabrication additive dans la construction ? »

C'était une question ouverte. Qu'imprimions-nous ? Comment l'imprimerions-nous ? Aucune de ces réponses n'était là. En 2011, nous avons développé notre technologie d'impression 3D concrète, puis au cours des années qui ont suivi, nous avons essayé de la commercialiser, en travaillant avec des personnes comme Hyundai et (plus récemment) Skanska pour faire avancer la technologie.

Nous avons eu une idée et nous avons prouvé sa viabilité en laboratoire, mais si elle a des jambes, elle doit passer dans l'arène industrielle.

Comment en êtes-vous arrivé à imprimer du béton en 3D, par opposition à d'autres matériaux ?

C'est une bonne question. Tout se résume à la fonctionnalité des composants que vous souhaitez créer. Nous créons des bâtiments en verre, acier, bois, plâtre, béton et argile. Il y a de très bonnes raisons pour lesquelles nous utilisons ces matériaux. Ils sont généralement d'origine assez locale (en particulier l'argile et le béton), ils sont très robustes et durables, et l'industrie les comprend. Si vous voulez produire quelque chose qui fera partie d'un bâtiment, il doit être fondamentalement adapté à l'usage. La construction est une industrie qui fonctionne avec des marges très faibles. Un bénéfice de quelques pour cent est typique des grandes entreprises, vous n'allez donc pas obtenir de matériaux exotiques de l'ère spatiale dans la plupart des bâtiments. Vous voulez utiliser des matériaux qui sont relativement peu coûteux, facilement disponibles et adaptés à l'usage.

Nous avons eu beaucoup de discussions à ce sujet; parmi les matériaux disponibles, lesquels pourriez-vous appliquer à la fabrication additive ? L'argile, certainement. D'un autre côté, lorsque vous parlez de poutres et de poutres en acier, il y a des raisons pour lesquelles nous fabriquons des choses comme ça avec des méthodes familières. Le frittage du métal avec de l'acier est un processus à haute énergie, et vous devez également prendre en compte tous les coûts de préparation des matériaux, ce n'est donc pas un choix évident pour la construction.

En fin de compte, le béton est un très bon matériau. Si nous avons un mélange homogène et bien compacté - qu'il soit coulé ou imprimé - nous savons plus ou moins comment il va fonctionner. Nous savons que nous pouvons le renforcer pour obtenir une capacité de flexion, et en plus de cela, il y a eu beaucoup de travail sur les bétons projetés, qui sont un cousin plus ancien de l'impression 3D du béton.

Mon collègue, le professeur Simon Austin, qui a été partenaire de ce travail, a passé sa carrière à étudier le béton projeté pour la réparation. Avec les ponts, par exemple, le béton en dessous se brise parfois pour que vous puissiez voir le renforcement. Vous pouvez pulvériser du béton dessus pour le réparer. Il y avait eu beaucoup de travail effectué sur la rhéologie [l'étude du flux de matière] de ces mélanges à Loughborough, il semblait donc être une extension naturelle de passer de la pulvérisation de béton à son extrusion.

En résumé, nous avons un bon matériau que l'industrie connaît et comprend. Nous savons quelque chose sur la rhéologie et comment lui faire faire ce que nous voulons, et une fois que vous l'extrudez, vous pouvez le placer en trois dimensions. Cela semblait être une étape sensée.

À quoi ressemble l'adoption depuis ?

L'idée de l'impression 3D avec du béton s'est développée à un rythme effréné. Il y a actuellement 30 à 40 projets en cours dans ce domaine à l'échelle internationale. Beaucoup envisagent l'extrusion et la construction de murs verticaux sur site, alors que nous cherchions à l'origine à générer des composants qui s'assemblent dans des bâtiments. Dans l'ensemble, il y a eu beaucoup d'intérêt à l'échelle mondiale. À l'heure actuelle, l'industrie surveille la technologie — il suffit de comprendre où elle pourrait aller et quelles sont ses capacités.

Je ne pense pas qu'il y ait encore de marché clairement défini. Il y a toutes ces idées différentes (les gens ont cherché à imprimer des logements à bas prix, par exemple), mais jusqu'à ce que quelqu'un crée une entité commerciale sérieuse qui génère réellement des revenus, nous ne le saurons pas. C'était la même chose aux premiers jours de la fabrication additive :c'est génial pour le prototypage, mais à quoi d'autre est-ce bon ?

Nous en sommes encore à cette première étape, car l'industrie de la construction est assez conservatrice. C'est encore assez nouveau pour tout le concept de la modélisation 3D. Je pense qu'il y a un long chemin à parcourir, mais une fois qu'une personne l'a fait, les gens vont commencer à réfléchir à la façon dont ils peuvent appliquer ces technologies et la confiance va grandir.

À ce stade, quel type d'applications envisagez-vous pour cela ?

Tout au long du voyage, cela a été l'une des grandes questions. Qu'allez-vous faire avec ? Où est le marché ? À Loughborough, nous avons produit une pièce de banc - une installation artistique. Clairement, c'est une application. Je pense qu'il y a une tendance croissante à ce que les gens veulent des trucs sur mesure comme celui-ci, alors cette technologie ne jouerait-elle pas sur ce marché à un certain niveau ?

Lorsque les architectes et leurs clients veulent des panneaux incurvés ou des formes compliquées - tout ce qui nécessite un moule - cela devient rapidement prohibitif, et même si cela ne sera pas bon marché avec la FA, cela pourrait faire d'une conception compliquée une option compétitive. Si vous en faites une option compétitive, alors il y a un marché pour cela.

Je pense que tout cela fait partie du mouvement plus large vers l'automatisation dans la construction - la suppression du travail manuel. En particulier au Royaume-Uni, pour tous les travaux d'infrastructure qui vont avoir lieu au cours des 20 à 30 prochaines années - tous les grands projets civils - il n'y a tout simplement pas la main-d'œuvre pour le faire. Il y a donc une grande volonté de voir comment l'automatisation peut aider. L'automatisation de la construction est un marché inexploité, il y a donc une image beaucoup plus grande en jeu ici. L'impression 3D est un beau fer de lance et je suis certain qu'elle aura un créneau, donc je pense que dans les années à venir, on en verra plus dans ce domaine. Par exemple, le Manufacturing Technology Center utilise déjà notre projet d'impression 3D avec Skanska pour développer son aile d'automatisation de la construction.

Quelle sorte de tendances plus larges vers l'automatisation observez-vous dans le monde de la construction en ce moment ?

Certains comparent cela à la transition qu'a connue l'industrie automobile lorsqu'elle s'est tournée vers les lignes automatisées. Nous examinons deux industries très manuelles, où la santé et la sécurité sont un facteur primordial. Mettre les gens en danger, traiter avec des matériaux nocifs, les conséquences à vie du travail manuel lourd… Toutes ces choses sont extrêmement importantes pour la santé de la nation. Nous sommes aussi une nation qui va vieillir, donc nous n'aurons pas des millions de jeunes de 20 ans pour soulever des trucs ! Des choses comme fabriquer des volets sur place, travailler dans le sol ou en hauteur… Dans ce genre d'environnements dangereux, si vous pouviez réduire le nombre de personnes qui y travaillent, vous pourriez réduire les risques d'accidents.

Le défi sera de savoir comment l'industrie y parvient réellement. Cela affectera l'ensemble du processus de construction, où tout doit être planifié pour être produit et fabriqué d'une certaine manière. Dans une usine, où vous fabriquez des composants, vous êtes peut-être plus à même d'introduire des méthodes automatisées, mais les opérations sur site sont un défi, car l'automatisation doit fonctionner avec tous les autres éléments.

Ce n'est pas un pas anodin à faire; nous parlons de décennies. Des changements majeurs vont se produire sur une longue période. Avec l'impression sur béton, je pense qu'il vaut toujours la peine de réfléchir aux additifs à plus petite échelle, lorsqu'ils sont apparus pour la première fois dans les années 80. Elle ne trouve vraiment que maintenant ses niches et ses marchés. C'est une longue période de développement ! Nous ne sommes que depuis dix ans, mais au cours de ces dix années, nous avons constaté une énorme accélération de l'intérêt à l'échelle mondiale et des personnes ont commencé à travailler avec cette technologie. Cela signifie qu'à l'échelle internationale, les gens commencent à s'intéresser à la situation dans son ensemble, mais pour en faire une réalité commerciale, qui sait…

Pour que cela s'implante vraiment dans l'industrie, je pense que nous parlons de 10 à 20 ans, mais en regardant certaines des premières réussites, cela pourrait être plus tôt que cela.

Qu'est-ce qui vous passionne le plus pour l'impression 3D dans un avenir très proche ?

Au cours des dernières années, ce qui a été formidable, c'est qu'il semble y avoir une énorme explosion d'intérêt à l'échelle internationale. Je pense que les maisons imprimées en 3D de Winsun ont vraiment fait s'asseoir tout le monde, alors elles ont mis la lumière des projecteurs sur la région. À l'arrière de cela, il y a un comité RILEM dont je fais partie qui se penche sur la rhéologie et la technologie du béton. Nous travaillons à mieux comprendre le traitement technique des mortiers de ciment utilisés dans l'impression du béton du point de vue de la science des matériaux. Cela améliorera alors la compréhension et soutiendra toutes les futures applications de construction.

http://www.lboro.ac.uk/enterprise/3dcp/