Applications de l’impression 3D dans l’industrie de la construction

L’impression 3D s’est déjà avérée être une force de rupture dans l’industrie manufacturière, mais est-il possible que son influence s’étende également à d’autres industries? Après tout, le principe même de l’impression 3D est une nouvelle façon de livrer et de construire des matériaux couramment utilisés dans la fabrication standard.

Au fil des ans, plusieurs tentatives ont été faites pour utiliser la technologie d’impression 3D pour la construction. Ces efforts allaient de l’impression 3D de composants de construction à la construction d’une maison entière à l’aide d’imprimantes 3D géantes. Quel est le potentiel de cette technologie et comment l’impression 3D profite-t-elle à l’industrie de la construction?

Une histoire de l’impression 3D utilisée dans la construction

Les premiers efforts pour intégrer les concepts d’impression 3D à la construction ont commencé au milieu des années 1990. C’est à cette époque que l’Université de Californie du Sud a développé la technologie de construction Contour Crafting. Cette technique utilisait l’extrusion de céramique à travers une grue commandée par ordinateur pour surmonter les limites de taille des technologies d’impression 3D qui étaient disponibles à l’époque.

Dans les années 2000, bon nombre d’entreprises ont commencé à s’intéresser au développement de techniques d’impression 3D pour la construction. La diversification de la technologie a également commencé au cours de cette décennie. En 2005, Enrico Dini d’Italie a breveté l’imprimante 3D en forme de D qui étale une couche de sable fin et un liant, similaire au fonctionnement de l’impression 3D Jet Fusion.

En 2008, une équipe de recherche de l’Université de Loughborough au Royaume-Uni a développé l’une des premières techniques d’impression 3D utilisant le béton comme matériau de construction. Avec le contrôle par ordinateur, le processus utilise un portique et un bras robotisé pour poser des couches successives de béton à partir d’un modèle CAO. D’ici 2015, l’Université de Loughborough a signé un accord avec Skanska pour commencer le développement d’une imprimante 3D pour béton à l’échelle commerciale.

Le concept de l’impression 3D semble avoir décollé ces dix dernières années avec des projets aussi ambitieux que l’impression 3D d’un gratte-ciel entier à Dubaï. Nous avons également vu des démonstrations de maisons réelles en cours de construction via l’impression 3D. La maison de canal d’impression 3D à Amsterdam a la particularité d’être la première maison imprimée en 3D et a été créée à l’aide du Kamermaker, qui était un modèle de dépôt fondu (FDM) d’environ six mètres de haut.

En Espagne, une société appelée 3DBRIDGE a créé le premier pont piétonnier imprimé en 3D. Le pont mesure 12 mètres sur 1,75 mètre et a été créé par une imprimante en forme de D utilisant du béton micro-armé. La liberté de conception offerte par l’impression 3D a permis aux matériaux d’être distribués de manière à maximiser les performances structurelles.

Des projets de démonstration pour l’utilisation de l’impression 3D ont vu le jour dans plusieurs endroits à travers le monde, notamment en Chine, aux Pays-Bas et à Dubaï. En 2018, le premier bâtiment permanent imprimé en 3D a été créé à Copenhague. C’était le premier du genre car il avait été construit avec tous les permis en place et avec l’entière approbation des autorités. Depuis la dernière mise à jour, le bâtiment est toujours debout et reste entièrement meublé et utilisable.

Avantages de l’impression 3D dans la construction

Même lorsqu’elle est utilisée dans la construction, les avantages de l’impression 3D sont les mêmes que ceux qui ont fait de la technologie un outil fortement perturbateur dans la fabrication. Comme alternative aux méthodes de construction traditionnelles, il est facile d’être enthousiasmé par les possibilités de l’impression 3D à grande échelle de qualité construction.

1. Liberté de conception

L’industrie de la construction n’est pas étrangère à la conception assistée par ordinateur (CAO). La seule différence est que l’ensemble du processus peut être automatisé en impression 3D, tandis que chaque composant doit être fabriqué dans une construction traditionnelle.

La beauté de s’appuyer sur des technologies de fabrication additive comme l’impression 3D est qu’elle permet de reproduire des conceptions complexes avec des géométries complexes. Les imprimantes 3D sont bien connues pour leur capacité à créer des designs qui sont loin d’être typiques. Nous pouvons imaginer que beaucoup d’architectes et d’ingénieurs sont enthousiasmés par la perspective de formes et de formes inhabituelles qu’un bâtiment ou une maison imprimé en 3D peut prendre

2. Économique pour les pièces uniques

Contrairement aux méthodes de fabrication traditionnelles qui reposaient sur des moules et des moulages robustes et de conception complexe, l’économie de l’impression 3D reste similaire, qu’une entreprise recrée des copies uniques ou multiples du même design. C’est un énorme avantage pour les concepteurs de maisons qui souhaitent avoir des pièces plus innovantes que la norme.

3. Rapide

En 2006, Contour Crafting avait déjà affirmé que sa technologie d’impression 3D pouvait compléter une maison entière en moins d’une journée, soit environ 20 heures. La société chinoise Winsun semble l’avoir démontré avec dix maisons de démonstration, dont chacune prétend avoir été imprimée pour moins de 5 000 dollars et dans les 24 heures. Cependant, ces affirmations ont été fortement contestées et aucune affirmation n’a été faite quant à sa véracité.

La démonstration la plus concrète du taux d’impression 3D d’une pièce réelle a été réalisée par le HDB Center of Building Research de Singapour. À l’aide d’une machine d’impression 3D en béton, ils ont pu créer une pièce mesurant 3,6 mètres de long sur 3 mètres de large et 2,75 mètres de haut en environ 13 heures.

Le projet Ynhova en France a construit une maison entièrement fonctionnelle dans un délai beaucoup plus conservateur – 54 heures. Une famille a déjà emménagé dans la maison, qui coûte environ 20% moins cher qu’une maison traditionnelle.

Quelle que soit l’entreprise qui en a fait la demande, il semble y avoir une obsession de pouvoir construire des maisons entières en moins de 24 heures. Cette limite arbitraire sonne comme une cible intéressante qui piquera certainement l’intérêt du grand public pour l’impression 3D dans la construction.

4. Moins de déchets générés

Contrairement à la construction traditionnelle, les matériaux qui seront utilisés dans une maison imprimée en 3D peuvent être facilement déterminés en fonction du modèle CAO. Que ce soit grâce à une technique basée sur FDM ou à une autre similaire à Jet Fusion, il est également possible d’utiliser uniquement la quantité exacte de matériau nécessaire pour construire une maison. Le minimum de gaspillage réduit également le coût de l’impression 3D d’une maison, bien que la nouveauté de la technologie puisse signifier qu’il faudra un certain temps avant qu’elle ne soit vraiment «bon marché».

5. Moins de risques pour les travailleurs

Dans la plupart des cas, l’ensemble du processus d’impression 3D d’une maison est entièrement automatisé. Tant que le portique est en place et qu’il y a suffisamment de matières premières, il n’y a guère besoin d’intervention humaine. Cela signifie que les travailleurs n’ont plus besoin de porter de lourdes charges ou de monter à des hauteurs dangereuses. En fin de compte, une technique d’impression 3D nécessitera moins de travailleurs humains et les exposera à moins de dangers.

Tant que l’impression 3D pour la construction ne deviendra pas une procédure standard, nous ne pouvons pas vraiment dire avec certitude si ces avantages se manifesteront. La promesse de 24 heures peut s’avérer irréaliste ou l’économie de l’impression 3D d’une maison peut se rapprocher un peu plus des coûts d’une maison traditionnelle. Tout bien considéré, tout le monde devrait tempérer ses attentes quant à l’aspect pratique de l’impression 3D d’une maison, car il semble que la technologie en soit encore aux premiers stades de développement.

Maisons d’impression 3D dans l’espace?

L’idée d’utiliser la technologie d’impression 3D pour créer des habitats adaptés aux humains sur la Lune ou sur Mars a été explorée depuis 2013. Les premières techniques proposées utilisaient des matériaux lunaires pour la construction, ce qui permettait aux vaisseaux spatiaux de transporter seulement 10% de la masse nécessaire pour construire les habitats. Le sol lunaire imprimé fournira un support structurel, ainsi qu’une protection contre les radiations et les températures extrêmes.

Des tests de cette technique ont été réalisés à l’aide de l’imprimante D-Shape dans des environnements qui simulent les conditions sur la surface lunaire. Le liant est injecté dans le sable lunaire et est piégé dans les faces interstitielles via des forces capillaires. Outre les habitats, l’impression 3D en tant que méthode de construction de routes, de réservoirs de stockage, de plates-formes d’atterrissage et de hangars a également été explorée.

Plus récemment, la NASA a envisagé d’utiliser l’énergie micro-ondes pour réaliser le frittage de la poussière lunaire. Cette technique fait fondre les particules de poussière individuelles, mais seulement au point où leurs surfaces fusionnent les unes avec les autres. Il s’agit d’une alternative peu énergivore qui ne nécessite pas l’utilisation d’un liant. Cependant, les structures frittées peuvent manquer de résistance et avoir une porosité incontrôlée.

Ce qui peut freiner l’utilisation de l’impression 3D dans la construction

Pour de nombreux initiés de l’industrie, l’impression 3D en tant que technique de construction est freinée par les mêmes inconvénients qui ont limité l’utilisation de la construction en panneaux. Bien que les panneaux de construction préfabriqués aient rendu l’ensemble du processus de construction d’une maison plus rapide et moins cher, les maisons qui en résultaient ont fini par sembler peu attrayantes et monotones. Il y avait également des problèmes de renforcement, d’imperméabilisation, de condensation et d’isolation.

Avant même que l’impression 3D puisse avoir une chance de contester des méthodes de construction plus traditionnelles, elle devra répondre à ces critiques. Après tout, personne ne voudra vivre dans une maison de fantaisie si elle est inconfortable et surtout si elle tombe en panne trop facilement. Cela nécessite également l’utilisation d’équipements complexes qui peuvent ne pas être disponibles partout ou pour tout le monde.

Dernières pensées

L’industrie de la construction présente une opportunité unique pour la technologie d’impression 3D de «passer à l’échelle» au-delà des ateliers ou des ateliers de fabrication habituels. Dans différents pays, il semble y avoir une course pour savoir qui peut utiliser l’impression 3D pour construire une maison de la manière la plus pratique, la plus fiable ou la moins chère. Jusqu’à présent, nous avons vu pas mal de démonstrations d’un concept apparemment bon.

Il est assez clair que l’impression 3D pour la construction a encore un long chemin à parcourir avant de pouvoir être utilisée à un niveau acceptable pour de nombreuses personnes. La bonne nouvelle est qu’il existe de nombreuses entreprises de classe mondiale qui sont fortement investies dans la technologie, y compris la NASA. Avec autant de cerveaux dessus, ce n’est qu’une question de temps avant de voir les maisons imprimées en 3D devenir plus courantes.

Avertissement; Les imprimantes 3D ne doivent jamais être laissées sans surveillance. Ils peuvent présenter un risque d’incendie.