« Construire l'avenir : Explorer le potentiel de l'impression 3D dans la construction »
La fabrication de produits solides tridimensionnels à partir d'un fichier numérique assisté par ordinateur est appelée impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive.
Au début, le terme « impression 3D » désignait le processus de dépôt de couches sur des couches d'un matériau liant sur un lit de poudre à l'aide de têtes d'imprimante à jet d'encre. Cependant, la définition englobe désormais une gamme plus large de processus de fabrication additive, y compris la fusion sélective au laser et la fabrication additive par faisceau d'électrons.
Au début des années 1980, l'inventeur japonais Hideo Kodama a mis au point deux techniques additives pour créer des modèles en plastique tridimensionnels, ce qui a donné naissance à l'idée de la fabrication additive. Il a créé des structures imprimées en 3D à l'aide d'un polymère thermodurcissable photopolymérisable.
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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 articles 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, dont la taille et la conception varient, allant des petits modèles de bâtiments qui tiennent sur une table. Les imprimantes 3D se divisent en trois catégories de base, et elles fonctionnent toutes légèrement différemment.
Types d'imprimantes 3D
· Stéréolithographie (imprimantes SLA) – Les imprimantes 3D qui utilisent la technologie de stéréolithographie (SLA) peuvent transformer la résine liquide en plastique.
· Frittage sélectif au laser (imprimantes SLS) – Imprimantes SLS (frittage sélectif au laser) : Ces imprimantes frittent des particules de poudre de polymère en structures solides à l'aide d'un laser.
· Modélisation par dépôt de fil en fusion (imprimantes FDM) – Ces imprimantes créent des objets en couches en libérant des filaments thermoplastiques fondus à travers une buse chauffée. L'approche de construction 3D est l'endroit où ces imprimantes sont le plus souvent utilisées.
Comment l'impression 3D s'applique-t-elle au secteur de la construction ?
Depuis les années 1980, plusieurs questions ont été soulevées au sujet de la technologie d'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 toutefois conféré une pertinence accrue. Cette méthode de construction est très adaptable et peut être utilisée pour construire des éléments de projet spécifiques ainsi qu'une variété de structures complexes dans leur intégralité, y compris 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 partie 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 le BIM (modélisation des informations du bâtiment) est en plein essor dans le secteur de la construction. 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 en utilisant une variété de matériaux, dont le plus populaire est un mélange de sable, de fibres, de géo polymères et de béton.
Selon une étude 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 milliers d'USD 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, alors que seulement 3 % de la population vivait dans les villes, il y avait 15 % de personnes de plus vivant 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 choisissent de mener la danse dans cette course.
Pièce à conviction 1
Pièce à conviction 2
Technologies disponibles pour l'impression 3D dans la construction
Extrudeuses à bras robotisés
Les extrudeuses à bras robotisés sont populaires parmi les technologies d'impression 3D actuellement sur le marché. Cette technique est appelée contour crafting (façonnage de contour). Elle fonctionne de la même manière qu'une imprimante 3D FDM de bureau. Les rails sont disposés selon un motif 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 bâtiments XL est la plus populaire.
Impression 3D avec du sable
Les processus industriels d'impression 3D comme le SLS (frittage sélectif au laser) et Jet Fusion sont comparables à la procédure 3D qui est expliquée ici. Le premier à le tester 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. Ceci est comparable au fonctionnement d'une imprimante 3D en métal.
Technologie du métal
Le WAAM (fabrication additive à l'arc métallique) a été mis au point par la jeune entreprise néerlandaise MX3D pour les 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 six axes pour l'impression 3D de structures métalliques.
Avantages de l'impression 3D pour la construction
· Flexibilité de conception accrue – 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 au BIM – BIM Grâce à l'utilisation de la technologie 3D, la modélisation des informations du bâtiment a transformé la conception des bâtiments. Il 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 au BIM et en exécutant des conceptions complexes avec une précision quasi parfaite.
· Réduction des erreurs humaines – Le fondement de l'impression 3D est un fonctionnement automatisé préprogrammé, exempt d'influence humaine. Cela élimine essentiellement les erreurs causées par les personnes. De plus, les imprimantes 3D ne nécessitent pas beaucoup de supervision humaine.
· Aide à la construction de bâtiments écologiques – Le type de bâtiment le plus populaire est en train de devenir rapidement écologique. Les entreprises de construction ont commencé à utiliser des méthodes de construction écologiques en raison de la sensibilisation croissante aux changements climatiques. En utilisant des matériaux de construction jetés et réutilisés pour produire des structures imprimées en 3D, les imprimantes 3D peuvent jouer un rôle important dans cet effort.
Inconvénients des constructions imprimées en 3D
· Consommation d'énergie élevée – Les imprimantes 3D utilisent plus d'électricité que toute autre technique de construction traditionnelle. En plus du coût environnemental de la production d'électricité avec une capacité aussi élevée, il est coûteux de répondre à une demande d'énergie aussi importante.
· Les imprimantes 3D sont chères – Il n'est pas économiquement viable d'utiliser l'impression 3D pour le moment, car la technologie en est encore à ses débuts. 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 principal de la construction.
· Pénurie de matériaux – Les matériaux de construction ordinaires ne peuvent pas être utilisés avec les imprimantes 3D. Des matériaux spécialisés, qui ne sont pas encore largement utilisés, sont nécessaires pour une imprimante 3D. En raison de l'augmentation importante du coût du matériau en raison de la rareté et de 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 l'entreprise 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 $US.
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 ÉAU. Le Guinness Book des records a déjà confirmé l'affirmation d'Emirates Tower Complex selon laquelle il s'agit du plus grand bâtiment imprimé en 3D au monde, ce qui poursuit 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 organismes sans but lucratif utilisent la technologie d'impression 3D en béton pour résoudre la crise du logement abordable. Par exemple, New Story, un organisme sans but lucratif, a construit la première maison imprimée en 3D du Mexique en un temps record de 24 heures. Depuis, l'entreprise a construit des quartiers comptant 2 000 maisons, qui ont toutes été construites à l'aide de la technique de construction d'impression 3D.
L'avenir
Un nombre croissant de projets dans le monde entier montrent que les structures d'impression 3D ont le potentiel d'être une technologie révolutionnaire qui change l'industrie et qui permettra de résoudre 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 simplement, l'utilisation de l'impression 3D dans le secteur de la construction a un avenir prometteur.
Conclusion
Le secteur de la construction est prêt pour l'innovation, malgré le fait que l'impression 3D comporte encore de nombreux problèmes de longue date. Les méthodes de construction traditionnelles peuvent être inefficaces, coûteuses, longues et néfastes pour l'environnement. Grâce à la précision, à la rapidité et à la fiabilité de l'impression 3D, les ingénieurs civils ont de nombreuses occasions 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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