L’impression 3D de béton : Un nouveau défi pour le secteur de la construction

Posted By Sculpteo on 14/06/2018 | 0 comments

Bien que l’utilisation de l’impression 3D dans le secteur du bâtiment soit un vrai défi, les structures imprimées en 3D sont de plus en plus présentes. Chaque année, de nouvelles imprimantes 3D plus performantes et plus rapides arrivent sur le marché. Comme indiqué dans notre bilan sur l’impression 3D de 2017, la recherche se concentre sur des imprimantes 3D à grande échelle, notamment pour l’impression de métal. L’objectif actuel est d’imprimer de plus gros éléments, afin de mener à bout de plus grands projets. Le métal et le plastique ne sont pas les seuls matériaux exploitables dans l’industrie 3D. En effet l’impression 3D de béton commence à émerger, et pourrait révolutionner le secteur de la construction dans les années à venir. Les imprimantes 3D de béton sont désormais fonctionnelles et efficaces, et de nombreuses expériences ont été couronnées de succès. Nous verrons dans ce billet une brève histoire des imprimantes 3D de béton, en quoi elles constituent un défi mais aussi un besoin dans l’industrie du bâtiment, et finalement, nous vous parlerons des imprimantes les plus performantes développées récemment.  

En quoi l’impression 3D de béton peut aider le secteur de la construction ?

C’est bien connu, la construction d’un bâtiment en béton est coûteux, aussi bien en temps qu’en argent. Différentes solutions ont été créées pour bâtir plus rapidement et moins cher, et encore une fois, la fabrication additive semble être la meilleure, puisqu’elle permet d’éviter les coûts de main d’oeuvre et d’être bien plus rapide. Un procédé automatisé tel que l’impression 3D serait d’une grande aide, puisque la machine est capable de travailler en continue. L’impression 3D pourrait faciliter la production de nombreuses structures mais aussi apporter un gain de temps impressionnant et imbattable. Si l’impression 3D se révèle être d’une grande aide dans des secteurs tels que la mode, la médecine ou l’automobile, elle peut tout aussi bien l’être dans l’architecture.

Par exemple, il serait possible d’imprimer des structures résistantes tout en évitant de perdre de la matière et économiser les matériaux, puisque l’impression 3D n’utilise que la quantité nécessaire pour la réalisation de la structure. La liste des matériaux imprimables en 3D ces dernières années n’a cessé de s’allonger, alors pourquoi ne pas imprimer du béton ?

Brève histoire de l’impression en 3D de béton

Premiers essais

Des tests concernant la construction automatique de bâtiments ont été réalisés depuis un certain temps. Cela confirme le besoin de faciliter les procédés de construction. Cette volonté de créer des imprimantes 3D de béton est née dans les années 50, lors des essais d’un robot empilant les briques. Dans les années 60, une machine utilisant polyuréthane et une pompe à béton a été développée. Cependant, ces expériences n’ont pas donné suite, à cause du manque de technologies à l’époque. Dans les années 2000, de nouvelles méthodes de construction tentant d’imiter le béton sont développées. Par exemple, la technique D-Shape a été développée, permettant ainsi de créer des objets dans un matériau similaire à la pierre. Cette technique apparaît comme très prometteuse, et l’ESA (l’Agence Spatiale Européenne) prévoit même de l’utiliser pour imprimer une base sur la Lune. Un matériau ressemblant à du béton, appelé contour crafting a été imprimée par le chercheur Behrokh Khoshnevis, pour permettre la construction rapide de logements après d’éventuelles catastrophes naturelles.

Le développement des imprimantes 3D de béton

Les succès concernant l’impression 3D de béton sont récents : les technologies n’étaient pas assez développées auparavant, et les machines n’étaient pas adaptées à la réalisation de structures aussi imposantes, à une échelle architecturale. Maintenant que ces technologies d’impression à grande échelle dans le secteur de la construction attirent un intérêt croissant et sont prises au sérieux, de tels projets de construction sont sérieusement envisagés. C’est en 2008 que l’université de Loughborough, en Angleterre, a commencé à exploiter l’idée de matériaux en béton imprimables. Bien que l’impression 3D ne soit pas une nouvelle méthode de production, l’utilisation de béton pour la fabrication additive l’est un peu plus. Ainsi, les chercheurs ont créé des bras robotiques permettant de déposer des matériaux afin d’obtenir la forme désirée et ils travaillent sur de nouveaux modèles d’architecture, jouant sur les lignes, les courbes et les formes. Voici le résultat de l’une de leurs expériences de fabrication additive :

Image: http://www.lboro.ac.uk/enterprise/case-studies/3d-concrete-printing/

À présent, de nombreux fabricants dans l’impression 3D développent et proposent des imprimantes 3D de béton, afin de révolutionner les techniques de production et de construire des maisons toujours plus impressionnantes. Par exemple, Total Kustom ou XtreeE travaillent sur des imprimantes professionnelles de béton. Nous verrons plus tard dans ce billet toutes les imprimantes 3D de béton disponibles sur le marché, et ce qu’il est possible d’accomplir avec.

Qu’est-il possible de faire aujourd’hui avec les imprimantes 3D de béton ?

Maintenant que nous savons que les procédés de fabrication additive à grande échelle existent, qu’est-il réellement possible de faire avec ? Ces grandes structures imprimées en 3D sont-elles assez solides et résistantes ?

Les imprimantes 3D de béton sont principalement utilisées à des fins expérimentales, afin de voir comment cette technologie révolutionnaire pourrait être utilisée. Néanmoins, il est déjà possible d’affirmer que le secteur de l’architecture en bénéficiera ces prochaines années. En effet, chaque matériau est imprimables : des murs, des blocs en béton, etc. Voyons à présent quels types de projets sont aujourd’hui réalisables grâce à ces nouveaux procédés de fabrication.

Maisons imprimées en 3D

Vous avez probablement déjà entendu parler de maison entièrement construite grâce à l’impression 3D. Ce projet impressionnant est aujourd’hui possible. La photo ci-dessous montre une maison imprimée intégralement en 3D, le tout en l’espace de 24 heures.

Image: Apis Cor

Ponts imprimés en 3D

Les imprimantes 3D de béton offrent de nouvelles solutions permettant d’économiser du temps en créant de nouvelles solutions pour l’espace urbain : cela représente une belle alternative pour construire des ponts piétons. Voici une photo du premier pont imprimé en 3D, aux Pays-Bas :

Image: BAM Infra

Structures atypiques imprimées en 3D

Les imprimantes à béton permettent de créer des structures variées ainsi que des essais architecturaux, tels que ce château construit dans un jardin et développé par Andrey Rudenko.

Éléments architecturaux imprimés en 3D

Ces outils d’impression peuvent aussi aider à la réalisation de projets de plus petite taille tels que des éléments architecturaux pour l’espace urbain, comme cette colonne réalisée par Amalgamma.

Image: Deezen

Art imprimé en 3D

ZHA Code a utilisé les imprimantes de la compagnie XtreeE pour créer des oeuvres d’art, comme ce vase :

Il s’agit simplement d’un aperçu des possibilités offertes par l’impression 3D de béton. Cette technologie devient un nouvel atout essentiel pour le développement urbain. Certaines imprimantes peuvent construire de très grandes structures, mais sans réelle précision tandis que d’autres sont désormais capables de réaliser de plus petites structures avec une meilleure précision. Voyons quelles imprimantes 3D de béton ont été développées jusqu’à maintenant.

Quelles sont les imprimantes 3D de béton disponibles sur le marché ?

Pour imprimer une maison en une seule fois, l’imprimante doit être plus grande que le bâtiment réalisé. Nous pouvons cependant remarquer que différentes sortes d’imprimantes existent. La plupart des machines listées sont mobiles et peuvent imprimer directement sur le lieu de construction. Elles sont constituées de grues et de bras robotiques, permettant de déposer couche par couche le béton aux emplacements nécessaires. D’autres imprimantes fabriquent de grands éléments en béton, envoyés ensuite sur le chantier. Voici quelques exemples d’imprimantes 3D de béton efficaces. Cette sélection vous permettra d’avoir un bon aperçu des technologies les plus prometteuses pour ce secteur.

• BetAbram est un fabricant d’imprimantes 3D de maison. Leur volonté est de construire des logements plus abordables, afin d’aider dans des régions du monde touchées par la pauvreté.
  
  Voici les 3 modèles développés par BetAbram – Model P3, conçue pour les amateurs– Model P2, un modèle plus avancé– Model P1, une machine professionnelle pour la construction de maison. Cette machine peut construire des éléments de 18 x 9 x 2,5m. La vidéo ci-dessous explique son fonctionnement :

• L’université de technologie d’Eindhoven a développé cette imprimante 3D de béton. La compagnie ROHACo a construit l’imprimante, une très grande machine capable d’imprimer du béton couche par couche. Cependant, ils n’ont pas encore construit un bâtiment entier, mais seulement des structures précises pour tester cette technologie impressionnante. Plus d’informations dans la vidéo ci-dessous :

• Andrey Rudenko a développé, avec son entreprise Total Kustom une machine, prénommée Stroybot 2, capable de construire un château en béton, par exemple. La machine a aussi été utilisée pour construire un hôtel aux Philippines et un jacuzzi.  Regardez cette vidéo pour mieux comprendre le fonctionnement de cette gigantesque machine:

• Le MIT (l’Institut de Technologie du Massachussett) a dévoilé une énorme imprimante 3D réalisée pour construire des bâtiments sur place, en utilisant des grues pour imprimer. Pour le moment, cette technologie n’est pas d’une grande précision mais elle reste très prometteuse puisqu’elle pourrait aider à construire de très grandes structures. Vous pouvez voir l’expérience du MIT dans la vidéo ci-dessous.

• XtreeE est une société développant des technologies d’impression 3D à grande échelle. Ils travaillent dans l’ingénierie civile et pour des entreprises d’architecture. Leurs imprimantes sont utilisées notamment pour réaliser des prototypes et maquettes pour le design et l’architecture. Découvrez leur travail ci-dessous :

• 3D printhuset est un fabricant d’imprimantes 3D. Ils ont pour souhait la création de bâtiments imprimés en 3D en Europe. Pour le moment, la viabilité et la sécurité de leur construction est à prouver, afin d’avoir des bâtiments en accord avec les règles strictes de l’UE. Leur imprimantes sont sur-mesures et adaptées à de nombreux logiciels.
  

• La compagnie chinoise WinSun Decoration Design Engineering Globally a réalisé des imprimantes 3D capables d’imprimer dix maisons en l’espace de seulement 24 heures. Cet impressionnant projet est la preuve que l’impression 3D est capable de révolutionner le secteur de la construction, puisqu’en plus d’une rapidité et d’une puissance prodigieuse, le coût de construction est très réduit : seulement 5 000$ pour une maison !

• Apis Cor est une entreprise d’imprimantes 3D ayant développé une imprimante 3D mobile efficace qui peut être livrée n’importe où. Vous pouvez voir dans la vidéo les capacités impressionnantes de la machine.

L’impression 3D, une technologie prometteuse pour les structures en béton

Les atouts de l’impression de béton en 3D

Imprimer à une aussi grande échelle reste difficile, mais l’impression 3D est très encourageante et offre de nombreux atouts. voici les principaux avantages de cette technologie :

• Les imprimantes 3D sont rapides et peuvent imprimer continuellement. Nous avons vu précedemment que certaines entreprises sont désormais capables d’imprimer une maison en moins de 24 heures.
• Le procédé de fabrication est plus rentable, puisque seuls les matériaux nécessaires à l’impression sont utilisés. De plus, les coûts de main d’oeuvre sont réduits.
• Les imprimantes 3D permettent de construire des maisons partout à un prix plus abordable. Un projet d’avenir serait la construction de maisons pour les populations les plus pauvres grâce à l’impression 3D.
• Les structures imprimées en 3D sont résistantes : certains bâtiments peuvent résister aux tornades, par exemple Il est tout à fait possible de créer des fondations solides pour une maison imprimée en 3D.
• Les possibilités de design sont désormais infinies grâce à l’impression 3D, et ce dans tous les domaines, même la construction. Il est possible de donner vie à des structures impressionnantes, irréalisables sans l’impression 3D.

Tous ces avantages sont réels, et ils seront bien plus nombreux dans les prochaines années, car cette technologie ne cesse d’évoluer.

Le future de l’impression du béton : des défis à relever

En effet, le futur de l’impression 3D du béton semble prometteur, mais cette technologie n’est cependant pas facile à gérer et certaines problématiques subsistent. De nombreux aspects ont été améliorés, comme la précision des imprimantes. Cependant, dans le futur, les imprimantes doivent être mobiles afin d’être utilisée par les fabricants dans le plus d’endroits possibles. Pour développer la construction en 3D, les lois doivent être modifiées, car il n’est aujourd’hui pas encore possible de construire à n’importe quel endroit : c’est pourquoi des bâtiments sont construits en Chine et aux Philippines et non en Europe.

Nous sommes sûrs que cette technologie évoluera rapidement puisque de premiers projets  très prometteurs ont vu le jour. Qui sait, peut-être que vous vivrez plus tard dans une maison imprimée en 3D ! À Sculpteo, nous partagerons avec vous toutes les nouveautés concernant l’impression 3D de béton.

N’oubliez pas de vous inscrire à notre newsletter hebdomadaire ! Si vous voulez en apprendre plus sur ce sujet, vous pouvez lire nos précédents articles sur la construction 3D.

Si vous travaillez dans l’architecture et que vous êtes intéressés par l’impression 3D, vous pouvez lire nos précédents articles à propos des logiciels de modélisation 3D pour l’architecture !

Photo credit: http://www.totalkustom.com