De toutes les technologies actuellement développées dans le cadre de la 4e révolution industrielle, la fabrication additive (impression 3D) s'est révélée très prometteuse pour l'industrie de la construction. L'impression 3D est peu coûteuse et présente des avantages en termes de durabilité et de capacité à adapter les pièces imprimées à une application spécifique.
Plusieurs projets ont été menés ces dernières années pour explorer la faisabilité de l'impression 3D pour l'industrie de la construction moderne, avec des bâtiments actuellement en cours de développement dans le monde entier. L'accent est mis sur l'impression complète des bâtiments à partir de matériaux durables et imprimables tels que le béton. Au Texas, le premier quartier imprimé en 3D au monde est actuellement en cours de développement.
Impression 3D en argile pour composants architecturaux
Récemment, le potentiel de production de petits composants à partir d'argile imprimée en 3D durable a été exploré. Des entreprises et des instituts de recherche ont étudié l'utilisation de ces matériaux dans le secteur de l'architecture. L'Institute for Advanced Architecture a étudié l'utilisation de la terre crue dans la construction d'éléments de construction avec ses projets Terra Performa et Digital Abode.
D'autres applications de recherche récentes de l'impression 3D pour la préfabrication de petits composants peuvent être classées en trois groupes. Il s'agit d'éléments de construction pour le revêtement et les brise-soleil, les murs non structuraux et les briques de séparation et les voûtes en briques non structurelles. Des institutions telles que l'Université de Californie à Berkeley ont participé à des recherches dans ce domaine. Dans le cas de la conception de briques non structurelles et de division, la recherche s'est concentrée sur la réalisation de géométries externes complexes pour produire des composants aux comportements multifonctionnels.
Alors que la recherche se concentre de plus en plus sur l'exploration de la liberté de forme externe, il y a eu peu d'études sur les composants d'argile d'impression 3D avec diverses configurations internes. Il y a eu des recherches préliminaires sur l'énergie et les propriétés mécaniques des composants imprimés (tels que les briques) qui considèrent différentes géométries internes simples.
Peters et al. ont fait valoir que les briques imprimées en 3D sont prometteuses en raison de la possibilité de créer des structures avec différentes formes et tailles de poches d'air et de les intégrer dans les murs. Des études ont conçu, imprimé et évalué des structures qui ne possèdent qu'une configuration interne régulière. Les formes complexes et difficiles à imprimer sont restées largement inexplorées. Dans la littérature actuelle, les études exhaustives qui explorent la conception de configurations internes complexes et les limites de l'imprimabilité manquent.
L'article publié dans Sustainability
Les auteurs ont produit des composants avec une forme de brique rectangulaire classique et ont développé les géométries internes à partir du point de départ des surfaces minimales périodiques bien connues. Une surface minimale périodique minimise localement son aire. Les géométries ont été choisies en fonction de leurs propriétés mécaniques bien documentées et de leur absorption d'énergie efficace. Les auteurs ont identifié la forme de brique interne la plus efficace en considérant différentes typologies et configurations. Au total, 18 modèles paramétriques ont été analysés.
L'imprimabilité des géométries sélectionnées avec des matériaux argileux a été entièrement étudiée à l'aide de simulations de la méthode des éléments finis. De nombreux tests d'impression ont été réalisés pour valider ces simulations. De plus, la configuration d'impression optimale a été étudiée. Ainsi, une réalisation efficace des briques imprimées a été atteinte.
En outre, les nouveautés de la recherche étaient triples : une nouvelle approche méthodologique basée sur quatre phases, une nouvelle conception conceptuelle d'une structure de brique complexe qui peut être imprimée en 3D et exploiter des surfaces internes minimales, et la discussion des principales erreurs d'impression et comment surmonter tous les inconvénients.
Pototypage et impression 3D des 18 briques et spécification des résultats en termes d'erreur trop dense, d'effondrement, d'effondrement partiel de cellule, et parfaitement imprimable.
L'avenir
L'article publié dans Sustainability a fourni une base de connaissances importante pour les recherches futures dans le domaine de l'impression 3D de composants durables et performants à partir de matériaux argileux. Les auteurs ont déclaré que les recherches futures étudieront à la fois les performances thermiques et structurelles des briques imprimées en 3D. De plus, d'autres études exploreront la modification de la coque de brique externe pour améliorer la combinaison de l'impression de briques 3D et de la construction de murs robotisés automatiques.
Source Azom Materials par Réginald Davey
