“Building the Future: Exploring the Potential of 3D Printing in Construction”
La fabrication de produits solides tridimensionnels à partir d'un fichier numérique assisté par ordinateur est connue sous le nom d'impression 3D, également appelée fabrication additive.
Au début, le terme “impression 3D” fait référence au procédé de dépôt de couches successives d'un matériau liant sur un lit de poudre à l'aide de têtes d'impression à jet d'encre. Cependant, la définition englobe désormais un éventail plus large de procédés de fabrication additive, notamment la fusion sélective par laser et la fabrication additive par faisceau d'électrons.
Au début des années 1980, l'inventeur japonais Hideo Kodama a développé deux techniques additives pour créer des modèles plastiques tridimensionnels, ce qui a donné naissance à l'idée de la fabrication additive. Il a créé des structures imprimées en 3D en utilisant un polymère thermodurcissable photopolymérisable.
Accéder à l'exemple de rapport (y compris les graphiques, les tableaux et les figures) : https://univdatos.com/report/3d-printing-filament-material-market/get-a-free-sample-form.php?product_id=35768
Que sont les imprimantes 3D ?
Pour faire simple, les imprimantes 3D utilisent la CAO (Conception Assistée par Ordinateur) alimentée par la technologie 3D pour produire des objets 3D à partir d'une variété de matériaux, notamment du plastique fondu, de la poudre et du béton. Une maison imprimée en 3D peut être créée à l'aide d'une variété d'imprimantes 3D, allant en taille et en conception de petits modèles de bâtiments qui tiennent sur une table. Les imprimantes 3D se divisent en trois catégories de base et fonctionnent toutes de manière légèrement différente.
Types d'imprimantes 3D
·Imprimantes stéréolithographiques (SLA)– Les imprimantes 3D qui utilisent la technologie de stéréolithographie (SLA) peuvent transformer la résine liquide en plastique.
·Frittage sélectif par laser (imprimantes SLS) –Les imprimantes SLS (frittage sélectif par laser) : Ces imprimantes frittent des particules de poudre de polymère en structures solides à l'aide d'un laser.
·Modélisation par dépôt de fil fondu (imprimantes FDM) –Ces imprimantes créent des objets en couches en libérant des filaments thermoplastiques fondus à travers une buse chauffée. L'approche de la construction 3D est l'endroit où ces imprimantes sont le plus souvent employées.
Comment l'impression 3D s'applique-t-elle à l'industrie du bâtiment ?
Depuis les années 1980, plusieurs questions ont été soulevées concernant la technologie de l'impression 3D. L'avancement de la méthode elle-même, qui permet la construction d'objets tridimensionnels en superposant des couches successives de matériau, lui a cependant donné une pertinence accrue. Ce procédé de construction est très adaptable et peut être utilisé pour construire des éléments spécifiques d'un projet ainsi qu'une variété de structures complexes dans leur intégralité, notamment des maisons ou des espaces de vie, des bureaux, des ponts, des murs, des structures modulaires, des moules de renforcement, des colonnes, du mobilier urbain et même des éléments décoratifs.
Une part importante des connaissances nécessaires pour mettre en œuvre cette technologie dans la construction provient de la phase de conception. L'intégration de la technologie d'impression 3D est moins difficile, car le secteur possède déjà une expertise en matière de fabrication assistée par ordinateur et la BIM (Modélisation des Informations du Bâtiment) est en plein essor dans le secteur du bâtiment. Une imprimante 3D obtient les informations nécessaires à partir d'un programme de CAO ou de BIM, et les machines commencent à superposer les niveaux de matériau conformément aux signaux. Cela peut être fait à l'aide d'une variété de matériaux, le plus populaire étant un mélange de sable, de fibres, de géopolymères et de béton.
Selon une enquête de Research and Markets, l'impression 3D a progressé de manière si positive au cours des dix dernières années que sa valeur marchande dans l'industrie de la construction devrait atteindre 1 034 096,7 USD mille d'ici 2028. Cela augmente son taux de croissance annuel composé de 2021 à 2028 de 91,5 %.
L'impression 3D dans la construction dans le monde entier
La construction et l'amélioration des infrastructures sont de plus en plus demandées, en particulier dans les grandes villes. Par rapport à 1800, où seulement 3 % de la population vivait dans les villes, il y avait 15 % de personnes de plus qui vivaient dans les villes en 1900. D'ici 2050, le Forum Économique Mondial prévoit que les deux tiers de la population mondiale résideront dans les grandes villes, contre 55 % actuellement.
De nombreuses initiatives gouvernementales qui soutiennent l'utilisation de l'impression 3D sont actuellement en cours de construction à l'échelle mondiale. Dubaï, où 25 % des bâtiments doivent être créés avec la technologie d'impression 3D d'ici 2030, est l'une des villes qui choisit de mener la danse dans cette course.
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Technologies disponibles pour l'impression 3D dans la construction
Extrudeuses à bras robotisé
Les extrudeuses à bras robotisé sont populaires parmi les technologies d'impression 3D actuellement sur le marché. Cette technique est appelée façonnage de contours. Elle fonctionne de la même manière qu'une imprimante 3D FDM de bureau. Les rails sont disposés selon un schéma qui permet au bras robotisé de les traverser couche par couche tout en extrudant du béton qui sort de la buse. Cette méthode d'impression 3D de grands bâtiments est la plus populaire.
Impression 3D avec du sable
Les procédés d'impression 3D industriels comme le SLS (frittage sélectif par laser) et la fusion à jet sont comparables à la procédure 3D expliquée ici. Le premier à le mettre à l'épreuve avec son imprimante 3D D-Shape a été l'architecte italien Enrico Dini. Avant de cimenter la forme de la construction à l'aide d'un liant, la machine recouvre la surface de poudre de sable. Cela est comparable au fonctionnement d'une imprimante 3D métallique.
Technologie des métaux
Le WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) a été développé par la start-up néerlandaise MX3D pour des structures plus fortement sollicitées comme les ponts. Un robot industriel et une machine à souder ont été combinés par l'entreprise, et le résultat a été une imprimante 3D qui fonctionnait sur un logiciel spécialement créé pour la tâche. Le robot a une configuration à 6 axes pour l'impression 3D de structures métalliques.
Avantages de l'impression 3D pour la construction
·Flexibilité de conception améliorée –La création de conceptions complexes est une difficulté architecturale importante que l'impression 3D peut résoudre. Les programmes informatiques qui peuvent être programmés pour réaliser des conceptions complexes et difficiles sont utilisés par les imprimantes 3D de construction.
·Adaptation à la BIM –BIM Grâce à l'utilisation de la technologie 3D, la modélisation des informations du bâtiment a transformé la conception des bâtiments. Elle affiche des images d'énormes bâtiments et structures avant qu'ils ne soient réellement construits. Cette percée peut être améliorée par l'impression 3D de construction en s'intégrant à la BIM et en exécutant des conceptions complexes avec une précision presque parfaite.
·Réduction des erreurs humaines –Le fondement de l'impression 3D est une opération automatisée préprogrammée, exempte d'influence humaine. Cela élimine essentiellement les erreurs causées par les personnes. De plus, les imprimantes 3D n'exigent pas beaucoup de supervision humaine.
·Aide à la construction de bâtiments écologiques –Le type de bâtiment le plus populaire tend rapidement à devenir écologique. Les entreprises de construction ont commencé à utiliser des méthodes de construction écologiques en raison d'une sensibilisation croissante aux changements climatiques. En utilisant des matériaux de construction mis au rebut et réutilisés pour produire des structures imprimées en 3D, les imprimantes 3D peuvent jouer un rôle important dans cette entreprise.
Inconvénients des constructions imprimées en 3D
·Forte consommation d'énergie –Les imprimantes 3D utilisent plus d'électricité que toute autre technique de construction traditionnelle. En plus du coût environnemental de la production d'électricité à une si grande capacité, répondre à une telle demande d'énergie est coûteux.
·Les imprimantes 3D sont chères –Il n'est pas économiquement viable d'utiliser l'impression 3D car la technologie en est encore à ses balbutiements. L'investissement initial requis pour mettre en place une installation d'impression 3D pour la construction de structures est important, et dans sa configuration actuelle, il est trop coûteux à mettre en œuvre dans le secteur de la construction principal.
·Rareté des matériaux –Les fournitures de construction régulières ne peuvent pas être utilisées avec les imprimantes 3D. Des matériaux spécialisés, qui ne sont pas encore largement utilisés, sont requis par une imprimante 3D. En raison de l'augmentation importante du coût du matériau due à la rareté et à l'imprimante coûteuse, il n'est pas possible de l'employer pour la construction à grande échelle.
Taille du marché de l'impression 3D dans la construction
1. Maison familiale imprimée en 3D à Moscou
Une maison imprimée en 3D a été construite à Moscou par la société technologique américaine Apis Cor. La maison est la première du genre à utiliser l'automatisation dans la construction de maisons et est identique à toute autre structure en béton. Le coût total de la construction était inférieur à 10 000 $.
2. Le plus grand bâtiment imprimé en 3D au monde à Dubaï
Récemment, il y a eu de nouvelles avancées technologiques au Moyen-Orient, en particulier aux Émirats arabes unis. Le Guinness Book of World Records a déjà vérifié l'affirmation d'Emirates Tower Complex selon laquelle il s'agit du plus grand bâtiment imprimé en 3D au monde, poursuivant cette tendance dans l'impression 3D. Le bâtiment de deux étages, qui a été construit par Apis Cor, a une superficie de 640 m2 et une hauteur de 9,5 m.
3. Maisons imprimées en 3D en Amérique du Nord et dans les Caraïbes
Les communautés du monde entier et les organisations à but non lucratif utilisent la technologie d'impression 3D de béton pour résoudre la crise du logement abordable. Par exemple, New Story, une organisation à but non lucratif, a construit la première maison imprimée en 3D du Mexique en un temps record de 24 heures. Depuis lors, l'entreprise a construit des quartiers avec 2 000 maisons, qui ont toutes été construites en utilisant la technique de construction par impression 3D.
L'avenir
Un nombre croissant de projets dans le monde entier montrent que la construction de structures en impression 3D a le potentiel d'être une technologie révolutionnaire qui changera l'industrie et qui s'attaquera à plusieurs problèmes qui affligent actuellement le secteur de la construction. Le niveau d'ambition est énorme ; par exemple, 25 % des nouvelles structures à Dubaï devraient être imprimées en 3D d'ici 2030. Pour le dire sobrement, l'utilisation de l'impression 3D dans le secteur de la construction a un avenir prometteur.
Conclusion
L'industrie du bâtiment est prête pour l'innovation, malgré le fait que l'impression 3D pose encore de nombreux problèmes de longue date. Les méthodes de construction traditionnelles peuvent être inefficaces, coûteuses, longues et dommageables pour l'environnement. Grâce à la précision, à la rapidité et à la fiabilité de l'impression 3D, les ingénieurs civils ont de nombreuses possibilités de relever ces défis et peut-être de faciliter et de rendre plus abordable la conception et la construction de structures habitables.
Auteur : Sonu Kumar Sah
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