Une maison fabriquée à partir d'une imprimante 3D - cela ressemble à un rêve du futur ou à de la science-fiction pour beaucoup. Les premières maisons de l'imprimante 3D ont été assemblées en Chine il y a six ans.
L'impression 3D, autrefois un gadget mignon qui pouvait être utilisé pour fabriquer de petits porte-clés, a fait son chemin. En attendant, toute une maison est même en cours de construction dans l'imprimante 3D: des robots d'impression 3D géants produisent des saucisses en béton dans le monde entier et, avec l'aide d'ouvriers humains, laissent pousser des murs de fondation bruts. Les premières maisons en éléments d'impression 3D en béton ont été assemblées en Chine dès 2014. La même année, le président américain de l'époque, Barack Obama, a visité la «3D Print Canal House» à Amsterdam, un prototype de la nouvelle technologie. Et à Copenhague en 2017, une entreprise russe et une entreprise danoise ont construit ensemble la première maison habitée à partir de l'imprimante 3D en Europe. La jeune industrie est internationale: aux États-Unis, une maison de 32 mètres carrés a été réalisée en 2018 à partir de l'imprimante 3D de la société américaine Icon à Austin, TexasTitres. Bientôt, Icon, en collaboration avec une organisation humanitaire d'Amérique centrale, souhaite créer un village avec 50 maisons fabriquées à partir de l'imprimante 3D - chacune d'une superficie de 58 mètres carrés - pour les personnes dans le besoin. Icon calcule un prix de base de 4 000 dollars américains. Le temps de construction est donc court: l'impression 3D d'une coque à partir de la buse de pulvérisation prend au maximum 24 heures.
Mais la nouvelle technologie s'adapte également à des formats plus grands à une vitesse fulgurante: en Chine, une immense maison a été construite à partir de l'imprimante 3D en seulement 45 jours - la villa a une superficie de 400 mètres carrés! L'imprimante 3D béton a également fait l'essentiel du travail. Les machines robotisées avec lesquelles le béton spécial peut être appliqué et mis en forme (terme technique: extrusion) varient en fonction du projet de construction et du fournisseur.
De nouvelles opportunités grâce à l'impression 3D
Les possibilités sont nombreuses: à commencer par la production en série automatisée de composants simples qui ne sont combinés que pour former un bâtiment sur le chantier, aux robots mobiles qui travaillent de manière autonome sur le chantier et peuvent même fabriquer des bâtiments aux murs courbes ou aux angles arrondis. Les machines ne sont pas seulement rapides: elles permettent des éléments artistiques de forme libre qui seraient très coûteux s'ils étaient fabriqués à la main. Les ouvertures et cavités pour câbles peuvent être facilement intégrées dans les murs imprimés.
Plus de durabilité grâce à l'impression 3D
L'un des plus grands avantages de la construction numérique: elle utilise souvent moins de matériaux que les méthodes de construction traditionnelles, et de plus en plus de plastiques recyclables ou dégradables peuvent être utilisés. Étant donné que, selon le processus d'impression 3D et le matériau, aucun coffrage n'est souvent nécessaire, moins de déchets sont générés.
Et: sans coffrage ni échafaudage, selon une étude du TU Dresden, environ 35% des coûts de construction de la coque sont éliminés - en plus de la vitesse, de la durabilité et de la personnalisation abordable, un autre argument en faveur d'une maison fabriquée à partir d'une imprimante 3D. Nikita Chen-Yun-Tai, fondatrice et PDG de la société de robots d'impression 3D américano-russe Apis Cor, parle déjà du fait qu'il est possible de créer toutes les maisons à l'avenir, des petites maisons aux propriétés, en imprimantes 3D. .
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Prototype: À l' avenir, des personnes dans le besoin à Austin, au Texas, vivront dans de telles maisons fabriquées à partir d'imprimantes 3D. Icon prévoit, en collaboration avec des organisations non gouvernementales, de créer des maisons bon marché et des colonies entières dans le monde entier à l'aide d'imprimantes 3D.
Sur rails: "Vulcan II" peut imprimer sur une surface allant jusqu'à 185 mètres carrés. L'imprimante 3D se déplace d'avant en arrière sur des rails au-dessus d'une fondation et livre les saucisses en béton. Couche après couche.
Construction légère: La DFAB House avec sa façade légère translucide est située sur le bâtiment de recherche NEST près de Zurich: un système de façade flexible avec membranes et isolation en aérogel, connu de l'Allianz Arena de Munich.
Robots de construction en bois: architecture, robotique et artisans travaillent ensemble: les cadres en bois ont été préfabriqués par deux robots coopérants à l'ETH Zurich. Ils ont scié des poutres et les ont positionnées avec précision dans l'espace. Les artisans ont vissé les pièces ensemble.
Plafond de forme libre: Le plafond de la maison DFAB se compose de onze parties concaves de forme libre qui, optimisées avec un logiciel spécialement développé, économisent environ 60% de béton par rapport à un plafond en béton conventionnel.
Nouvelles technologies de construction
Certains des pionniers de la construction neuve ont déjà quitté notre planète mentalement. Avec des techniques de fabrication additive, la NASA veut créer des habitats pour les astronautes à l'avenir - à partir de matières premières locales sur la Lune ou sur Mars. Les premières tentatives sont déjà en cours.
D'autre part, la "DFAB House" (fabrication numérique) près de Zurich, qui a été inaugurée en 2019 en 2019, est toujours sur terre, mais presque transfrontalière, un immeuble résidentiel qui a été construit avec toute une gamme de technologies numériques, en utilisant plusieurs procédés qui ont d'abord été utilisés par le laboratoire ont été transférés vers de vraies applications.
«Contrairement aux projets de construction dans lesquels une seule technologie numérique est utilisée, comme une maison fabriquée à partir d'une imprimante 3D, la DFAB House rassemble diverses nouvelles technologies», explique Matthias Kohler, professeur d'architecture et de fabrication numérique à l'Institut fédéral suisse de technologie. Université de Zurich et initiateur de la DFAB House.
La maison étroite de trois étages a été intégrée en tant qu'unité dans le bâtiment de recherche NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technology) de l'ETH Zurich. NEST est conçu comme une plate-forme modulaire à laquelle différentes maisons peuvent accoster, appelées ici «unités» et qui sont toutes des laboratoires de test pour l'avenir de la vie. Ce que toutes les sept unités actuelles ont en commun, c'est qu'elles explorent l'interaction entre les personnes, l'espace et la technologie.
source de courant
Une préoccupation centrale est l'utilisation économique des ressources, de sorte que toutes les maisons modulaires sont connectées à une «épine dorsale» qui fournit de l'eau, du chauffage, de l'électricité et Internet, évalue les données de consommation et régule l'élimination. De nouvelles solutions pour la maison intelligente et l'Internet des objets sont en cours de test, y compris dans la DFAB House, qui accueille des invités académiques: les appareils et les systèmes du bâtiment sont mis en réseau et capables d'apprendre, ce qui doit assurer un confort de vie, mais surtout la plus grande efficacité énergétique possible. Un projet phare pour la construction et la vie de demain.
De nombreux architectes, ingénieurs et artisans ont travaillé ensemble pour y parvenir. Huit chaires différentes de l'ETH Zurich, des instituts, des partenaires industriels et des planificateurs de plus de 30 entreprises sont impliqués dans DFAB House uniquement.
Travail en équipe
"Le profil des métiers des architectes, des urbanistes et des artisans va changer", est certain Matthias Kohler. DFAB House montre à quoi cela pourrait ressembler: des robots et des artisans humains travaillent également en étroite collaboration ici. Pour un mur porteur élégamment incurvé, un robot, un "Fabricator" mobile, a d'abord érigé sur place une structure en treillis métallique qui a servi de renfort et de coffrage. A l'aide de ses capteurs, le robot de 2 mètres de haut se déplace de manière autonome sur les chenilles. La construction en treillis a été remplie de béton spécial par des travailleurs et l'extrémité du mur a été lissée à la main.
Une couverture de l'imprimante 3D
Des structures en béton individuelles et complexes peuvent également être créées avec le procédé «Smart Slab». Par exemple, une dalle de plancher légère, pour laquelle une énorme imprimante de sable 3D a produit des éléments de mise en forme qui ont été coulés avec du béton fibré. Les robots ont même joué un rôle important dans la construction en bois de la maison DFAB: deux machines ayant coopéré avaient préfabriqué la construction portante en bois des étages supérieurs du «Robotic Fabrication Lab» de l'ETH Zurich. Un robot a pris un élément pour le plafond à poutres en bois et l'a maintenu pendant qu'un second l'a vu pour s'adapter. Ensuite, le deuxième bras du robot a percé des trous pour connecter les poutres. Enfin, les deux robots ont positionné la structure de poutre dans l'agencement spatial précis. Avec de tels assistants, le charpentier a beaucoup de temps,pour regarder en toute tranquillité et vérifier la qualité du travail. Jusqu'à ce qu'il puisse tout visser à la fin.
Des manipulateurs à grande échelle et des robots de construction mobiles
Les robots de construction mobiles sont plus petits que les manipulateurs à grande échelle, mais ils peuvent également effectuer d'autres travaux.
Pour la coque d'une maison à partir de l'imprimante 3D, les architectes doivent d'abord la concevoir sur ordinateur avec un logiciel d'architecture 3D (CAO). Ces données CAO constituent la base des données de contrôle qui sont transférées vers l'imprimante 3D.
Une imprimante 3D concrète est souvent un robot industriel qui a une buse de pression montée sur son bras comme un outil avec lequel elle presse les saucisses en béton de 50 à 70 millimètres de large - perle sur perle.
D'autres travailleurs de la construction de robots, appelés robots à portique, sont plus grands que la construction prévue (semblable à une grue à conteneurs). Ils sont fixes ou se déplacent sur des rails de guidage et peuvent produire la coque entière d'une maison à partir de l'imprimante 3D en une seule pièce. Ces manipulateurs à grande échelle mesurent parfois plus de 10 mètres de haut et plusieurs mètres de long et de large. En revanche, les robots de construction mobiles, montés sur des chenilles ou sur des camions, apparaissent plutôt petits. Pour cela, certains peuvent également poser des briques de manière autonome à l'aide d'un long bras d'extension.
Du béton normal, du béton spécial à durcissement rapide ou des plastiques sont utilisés comme mélange de matériaux de construction. Trouver la meilleure combinaison pour l'impression 3D du béton est un défi majeur.
