Le secteur de la construction est-il prêt pour l'impression 3D ? (Mise à jour 2020)

Crédit photo :Branch Technology

L'industrie de la construction est peut-être la dernière à adopter l'impression 3D comme technologie de fabrication viable. Mais la technologie a le potentiel énorme de transformer l'industrie en réduisant le temps et les coûts de production, tout en offrant une flexibilité de conception et un niveau élevé de durabilité.

Comme souligné dans notre tableau de maturité, qui explore l'évolution de l'impression 3D dans tous les secteurs, l'impression 3D dans le secteur de la construction reste une approche relativement nouvelle, et il y a un certain nombre de défis à relever avant qu'elle ne puisse être largement adopté.

Pour en savoir plus sur l'état actuel de l'impression 3D dans l'industrie de la construction, nous explorerons les principaux avantages et technologies de l'impression 3D disponibles pour les ingénieurs et les architectes et les projets d'impression 3D les plus passionnants dans la construction.

Comment l'industrie de la construction peut-elle bénéficier de l'impression 3D ?

L'industrie de la construction a commencé à adopter l'impression 3D à un moment où le secteur recherche activement des solutions pour relever un certain nombre de défis.

L'un est la minimisation des déchets de construction. Par exemple, les déchets de construction représentent environ 30 % de tous les déchets générés dans l'UE.

En outre, les ingénieurs et les architectes sont de plus en plus confrontés aux limitations de la liberté de conception mises en avant par le processus de moulage.

D'autres problèmes concernent les inconvénients de la fabrication de coffrages sur les chantiers et les obstacles liés au transport de divers matériaux d'un endroit à l'autre.

L'utilisation de l'impression 3D dans le secteur de la construction pourrait aider à résoudre certains de ces problèmes en offrant une liberté de conception et un niveau plus élevé de durabilité et d'automatisation.

Flexibilité de conception 

L'impression 3D offre une grande marge d'innovation et de créativité aux architectes, ingénieurs et designers. Des conceptions et des courbes complexes qui peuvent ne pas être possibles avec les méthodes de construction traditionnelles peuvent être construites en utilisant cette technique.

Réduction des déchets de matériaux

La réduction des déchets de matériaux est un autre avantage, car la fabrication additive (AM) construit des pièces couche par couche, en utilisant la quantité précise de matériau requise pour le projet. Cela pourrait avoir un impact environnemental positif, d'autant plus que l'impression 3D peut utiliser des matériaux recyclés et d'origine locale.

Réduction du travail manuel 

L'utilisation d'imprimantes 3D autonomes ou semi-autonomes dans la construction pourrait signifier une réduction du travail manuel à forte intensité de main-d'œuvre. L'automatisation du processus d'impression signifie également une réduction des risques d'erreur humaine ou d'accidents et de blessures sur les chantiers de construction.

Construction plus rapide 

Certaines imprimantes 3D de construction sont conçues pour fonctionner sur site. Cela permet d'éliminer plusieurs étapes chronophages, comme la fabrication de coffrages préfabriqués.

Dans la construction, le coffrage fait référence à un moule temporaire dans lequel le béton est coulé et formé. Les coffrages sont utilisés pour créer n'importe quoi, des ponts aux fondations et aux murs d'un bâtiment et sont généralement fabriqués manuellement.

Aujourd'hui, plusieurs entreprises proposent des imprimantes 3D permettant de réaliser directement des murs sur site, sans utiliser de coffrage. Cela conduit à un processus de construction considérablement accéléré, qui bénéficie également de dépenses réduites pour le transport des coffrages jusqu'au chantier de construction.

Technologies d'impression 3D pour le secteur de la construction

Selon l'application, plusieurs méthodes AM différentes peuvent être utilisées dans la construction :

Extrusion de béton

L'une des principales méthodes utilisées est l'extrusion de pâte, qui consiste à utiliser un bras robotisé ou une grue équipée d'une buse pour extruder le béton sous forme de pâte sur une plate-forme de construction.

Cela crée les contours d'un bâtiment couche par couche, ressemblant à une technologie populaire de fabrication de filaments fondus (FFF).

Un pionnier du processus d'extrusion pour le l'industrie de la construction est Bherokh Khoshnevis, le fondateur de Contour Crafting. La technologie développée par Contour Crafting propose une gamme de matériaux, notamment le béton, la céramique et les polymères.

En plus de Contour Crafting, d'autres sociétés proposent des solutions pour l'impression 3D du béton, telles que ICON, CyBE et Apis Cor , pour n'en citer que quelques-uns.

Fabrication additive à l'arc électrique

La fabrication additive filaire (WAAM) est une méthode utilisée pour les applications métalliques.

WAAM fonctionne en faisant fondre du fil métallique en utilisant un arc électrique comme source de chaleur. Le processus est contrôlé par un bras robotisé et la forme est construite sur un matériau de substrat (une plaque de base) à partir duquel la pièce peut être découpée une fois terminée.

Le fil, une fois fondu, est extrudé dans le forme de billes sur le substrat. Au fur et à mesure que les perles se collent, elles créent une couche de matériau métallique. Le processus est ensuite répété, couche par couche jusqu'à ce que la pièce métallique soit terminée.

Les équipements WAAM peuvent fonctionner avec une gamme de métaux, tels que l'aluminium, l'acier et le titane, et la technologie peut être utilisée pour fabriquer grandes structures. Un exemple des possibilités de cette méthode est le pont en acier de MX3D.

Jet de liant de sable

Le jet de liant peut être utilisé dans la construction pour créer des moules. La technologie fonctionne en appliquant un agent liant liquide sur des couches de matériau en poudre, le liant ainsi.

Le jet de liant est particulièrement adapté à la fabrication d'éléments de coffrage pour le coulage du béton. Cette approche permet non seulement d'économiser des ressources, mais aussi du temps et des coûts.

Autre avantage, la complexité n'intervient plus lors de l'impression 3D de coffrages par jet de liant. Les courbures, les façades détaillées ou les contre-dépouilles peuvent être facilement imprimées en 3D, repoussant les limites de la conception dans la construction.

Les exemples les plus passionnants d'impression 3D dans la construction

Murs imprimés en 3D 

Ces dernières années, plusieurs entreprises ont développé des méthodes de construction de murs de bâtiments utilisant la technologie d'impression 3D. Un de ces exemples est la société basée en Chine, Winsun, qui a produit des constructions à grande échelle, telles qu'un immeuble d'appartements de cinq étages et une villa de 1 100 mètres carrés.

Une grande machine – plus de 100 mètres de long – des murs creux imprimés en 3D en mélange de ciment, sable et fibres. Les murs ont été transportés sur le chantier, renforcés et assemblés. Le potentiel d'une telle méthode pourrait conduire à des économies significatives de temps, de main-d'œuvre et de matériaux.

Impression 3D de construction à Dubaï 

Bien qu'il existe de nombreux projets de construction 3D dans le monde, Dubaï est actuellement le foyer d'activité pour l'impression 3D de construction. La ville a des objectifs ambitieux pour que 25 % des bâtiments soient construits en utilisant l'impression 3D dans un avenir proche.

Et les progrès dans ce domaine sont déjà évidents.

Par exemple, en 2019, Apis Cor, un fabricant américain d'imprimantes 3D pour béton, a collaboré avec la municipalité de Dubaï pour créer un bâtiment, comportant deux étages et une architecture très complexe.

Apis Cor a développé un matériau à base de gypse pour passer à travers l'imprimante, qui provenait d'un producteur local.

L'impression a eu lieu à l'air libre, pour prouver que la technologie pouvait gérer un environnement difficile sans contrôle de l'humidité et de la température.

Le bâtiment serait l'un des plus grands créés avec l'aide de -impression 3D du site.

Ponts

La construction de ponts en utilisant l'impression 3D est encore une autre application dans l'industrie de la construction.

Madrid abrite le premier pont en béton imprimé en 3D, tandis que les Pays-Bas ont vu la construction d'un pont imprimé en 3D de 8 mètres de long pour les cyclistes. Le processus a pris au total 3 mois pour que les robots créent les blocs de béton du pont, composés de 800 couches qui ont ensuite été assemblées pour créer le pont.

En outre, la startup néerlandaise de robotique basée aux Pays-Bas MX3D développe un pont en acier imprimé en 3D équipé de technologies intelligentes telles que des capteurs.

Fabriqué en acier inoxydable, la structure incurvée du pont met en valeur la liberté de conception offerte par AM.

En 2019, le pont MX3D a passé sa première phase de test de 20 tonnes et devrait être placé dans sa destination finale sur un canal d'Amsterdam plus tard cette année.

Design d'intérieur

La possibilité de créer des géométries complexes et complexes ouvre un tout nouveau champ de créativité pour les architectes d'intérieur. Un exemple récent est Bottlepot - un magasin londonien avec un intérieur imprimé en 3D utilisant des matériaux durables. Ce projet démontre comment l'impression 3D peut être utilisée pour réduire les déchets dans la construction et façonner l'avenir de la conception durable.

Modèles architecturaux

L'un des plus grands impacts de l'impression 3D dans la construction a été la production de modèles architecturaux. L'impression 3D a révolutionné le processus de modélisation architecturale en permettant un processus rapide et numérisé de création de modèles.

Un avantage supplémentaire est que l'impression 3D permet des itérations de conception rapides et économiques, ce qui permet de gagner un temps considérable et de réduire les coûts du processus.

Composants de construction

L'impression 3D s'est également avérée adaptée à la fabrication de composants et d'outils spécifiques utilisés dans la construction.

L'entrepreneur britannique, Skanska, est l'une des premières entreprises à avoir utilisé l'impression 3D pour fabriquer des composants de construction. comme le revêtement.

Dans un projet, Skanska a utilisé l'impression 3D pour produire des nœuds de revêtement en polymère pour le toit du centre d'affaires 6 Bevis Marks à Londres. Cette approche a introduit une alternative plus avantageuse aux techniques traditionnelles en termes d'économies de temps et de coûts.

Coffrages imprimés en 3D

Un autre exemple consiste à utiliser un coffrage imprimé en 3D dans un projet de rénovation à grande échelle d'un immeuble résidentiel et commercial de 42 étages à New York.

Gate Precast, une entreprise qui travaillait sur la nouvelle façade du bâtiment, a constaté que la création de moules en bois pour le projet serait une entreprise majeure qui pourrait prendre jusqu'à 9 mois. Les moules nécessaires étaient volumineux, certains mesurant jusqu'à 2,6 x 1,7 x 0,5 m, ce qui allongeait encore les longs délais de production.

Pour accélérer le processus, l'entreprise a décidé d'expérimenter l'impression 3D, en partenariat avec Oak Ridge National Laboratory (ORNL) pour utiliser sa technologie BAAM.

Grâce à BAAM, l'entreprise a pu imprimer des moules entre 8 et 11 heures chacun, avec 8 heures supplémentaires d'usinage pour réaliser la finition de surface souhaitée. Les moules ont été fabriqués avec de l'ABS renforcé de fibres de carbone, un thermoplastique commun mélangé à des fibres de carbone hachées pour une résistance supplémentaire.

Le résultat est un moule solide qui peut supporter jusqu'à 200 coulées de béton au cours de sa durée de vie, contre 15-20 coulées pour un moule en bois.

La société estime que sans les moules imprimés en 3D et BAAM, il aurait été impossible de créer les formes dans les délais requis pour ce projet.

Défis liés à l'adoption de l'impression 3D dans le secteur de la construction

Bien que la FA recèle un énorme potentiel pour l'industrie de la construction, il existe encore un certain nombre d'obstacles à une adoption plus large.

L'un des problèmes clés est celui du contrôle de la qualité. L'impression 3D a soulevé des questions sur ses performances par rapport aux matériaux et méthodes de construction traditionnels :une maison imprimée en 3D durera-t-elle aussi longtemps qu'une maison de construction traditionnelle ? Sera-t-il structurellement solide et sûr en cas d'incendie ou de catastrophe naturelle ?

La réglementation en matière de construction est sans surprise stricte, et les nouvelles technologies et matériaux proposés par la FA doivent encore être intégrés dans les normes et codes de construction.

De plus, l'impression 3D nécessite des opérateurs expérimentés. et les concepteurs, ce qui signifie investir dans la formation pour tirer le meilleur parti de la technologie automatisée et des compétences logicielles.

Un autre obstacle à surmonter est la gamme limitée de matériaux de construction pouvant être imprimés en 3D. Cela dit, des recherches sont menées, notamment sur le béton et les matériaux renouvelables biosourcés.

L'avenir de l'impression 3D dans la construction 

Malgré les visions de bâtiments entièrement imprimés en 3D, la technologie ne remplacera pas les méthodes de construction traditionnelles - du moins pas à court terme.

Peut-être que l'un des cas d'utilisation les plus importants de la technologie FA réside dans la production de composants complexes, tels que des joints, des façades et des coffrages, tirant parti des avantages de la liberté de conception offerte par la FA.

En plus de la flexibilité de conception, l'impression 3D sur site peut également aider à réduire les déchets sur les chantiers de construction, servant de bon tremplin vers un avenir plus durable.

À la recherche Dans l'ensemble, l'impression 3D peut être l'une des solutions clés aux défis actuels du secteur de la construction, car elle évolue progressivement pour devenir une technologie de construction plus durable, flexible et automatisée.