« Liberté de forme avec personnalisation de masse » : défis techniques de l'impression 3D

En parcourant le tag d’impression 3D sur ArchDaily, il est clair que cette technologie s’est développée à un rythme incroyablement rapide. Si dans les premières années nous avons observé le concept comme une possibilité lointaine pour l'avenir ou avec des exemples à petite échelle, ces dernières années, nous avons observé la production de bâtiments imprimés entiers et de volumes de plus en plus complexes. Développée par lecture d'un fichier informatique, la fabrication est réalisée par fabrication additive avec du béton - ou d'autres matériaux de construction - et présente de nombreuses difficultés pour proposer un procédé efficace permettant de généraliser la technique constructive. Le pavillon imprimé par le consortium Huizenprinters, par exemple, illustre bien cette démarche.

Le processus a débuté en 2018 avec les premiers tests concrets de développement pour le développement de la fabrication additive robotique. Selon l’équipe, « à cette époque, ils avaient encore peu de connaissances en robotique et en un mélange de matériaux qui ne pouvaient s’empiler que sur 30 cm de haut avant de s’effondrer ». Le consortium est composé de l'entreprise de construction Heilijgers BV, du fournisseur de béton Van der Kamp BV, des spécialistes de l'innovation Blueways et de la communauté créative et innovante De WAR. En plus de ceux déjà mentionnés, Jelle Feringa et Summum Engineering ont également été impliqués dans le projet, assurant la conception structurelle, la modélisation paramétrique et l'ingénierie.

Les nouvelles formes de production nécessitent de nouvelles façons de penser

Étant donné que l'objectif central du projet était l'apprentissage, il a été décidé que toutes les connaissances générées seraient publiées, dans le but de contribuer à de nouvelles recherches et à des initiatives similaires. Le groupe a décidé de partager ce qu'ils ont appris à travers un certain nombre d'événements de partage de connaissances et un site Web sur lequel ils ont publié leurs conclusions. Ces informations ont été publiées selon le principe du copyleft par opposition au droit d'auteur traditionnel. « Le partage d’informations est crucial pour accélérer l’innovation. L’invention n’est sans doute rien d’autre que la combinaison d’idées existantes d’une manière nouvelle, et quelle meilleure façon de récolter des idées que dans une communauté ouverte. Dans ce projet, nous travaillons selon le principe Creative Commons 4.0 du partage et du partage. » a déclaré Harmen Zijp de De WAR.

Comme on peut s'y attendre dans tout processus de prototypage, plusieurs problèmes sont survenus et ont dû être corrigés au cours du projet. Des problèmes tels que les fluctuations de température dans le hangar ou l’impossibilité d’imprimer des pièces trop grandes ont conduit à de nombreuses innovations dans le processus. Comme décrit dans le communiqué de presse du projet :

" S'ensuivirent plusieurs années de développement de la technologie et de mise à jour des stratégies de conception et de fabrication. De nombreuses itérations de machines et de logiciels ont abouti au développement d'un procédé permettant d'accélérer fortement le durcissement du béton. En ajoutant un accélérateur au niveau de la tête d'impression, le mélange de béton se fixe en quelques minutes, permettant la production de conceptions très complexes.

L'impression du toit s'est avérée être le plus grand défi. La percée est venue avec la segmentation de l’ensemble de la structure en 8 parties. Bien que cela résolve le problème en théorie, en pratique, il en résulte une géométrie d'impression extrêmement complexe. Les impressions longues et fines augmentaient le risque de fissuration par retrait, qui a été atténué en ajustant la conception du mélange, en utilisant un composé de durcissement et en recouvrant les impressions une fois terminées. La double courbure entraînait un risque de flambage ; la structure nervurée a été introduite. Il y a une très grande différence de hauteur (80 %) d’un bout à l’autre ; la pente qui en résultait rendait le transport difficile. De plus, la forme signifiait qu'une stratégie d'impression non plane était requise avec une orientation correspondante de la tête d'impression. En bref, la résolution d'un problème majeur a créé un certain nombre de nouveaux défis, qui ont tous été résolus systématiquement. »

Les structures en béton imprimées en 3D ne nécessitent pas de coffrage, ce qui en soi réduit encore davantage l'utilisation de matériaux, car les coffrages ont tendance à avoir une durée de vie courte. Un autre problème est que les pièces imprimées en 3D agissent uniquement par compression, éliminant ainsi le besoin d'incorporer de l'acier à la structure. En plus de devenir potentiellement moins cher et avec une empreinte carbone plus faible, cela rend le recyclage du béton beaucoup plus simple, en cas de démolition. Il est prévu qu'à l'avenir, l'impression inclura des granulats de béton recyclés.