Une tour résidentielle et commerciale en cours de développement à Brooklyn qui change l'horizon de la ville de New York a ses racines dans la recherche du laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie. La façade en béton préfabriqué blanc de la tour s'élevant du site riverain de l'ancienne usine de sucre Domino évoque la forme d'un cristal de sucre - un motif créé à partir de moules imprimés en 3D produits à l'installation de démonstration de fabrication du DOE à ORNL.

Lorsque la porte préfabriquée, membre du Precast/Prestressed Concrete Institute (PCI), a remporté la façade du bâtiment Domino, Les chercheurs de l'ORNL ont vu dans la tour du bâtiment la plate-forme idéale pour démontrer que la fabrication additive de grande surface, ou BAAM, la technologie pourrait rapidement fabriquer des moules adaptés à la fabrication de béton préfabriqué.

« Nous ne savions pas si les moules imprimés en 3D pouvaient être conçus pour fonctionner pour l'industrie de la préfabrication, " dit Diana Hun, chercheur principal en bâtiment sur le projet. "Mais nous avons pensé qu'il valait la peine d'examiner le potentiel."

Les chercheurs en technologies du bâtiment et en fabrication de l'ORNL ont collaboré avec Gate Precast et PCI pour concevoir et produire des moules en acrylonitrile butadiène styrène (ABS) renforcé de fibres de carbone. un thermoplastique commun composé de fibres de carbone coupées.

Une fois que les chercheurs de l'ORNL ont développé la science des procédés pour fabriquer de manière fiable des moules imprimés en 3D, ils ont ensuite travaillé avec une entreprise commerciale, Solutions d'ingénierie additive (AES), pour imprimer des moules supplémentaires. Les moules ont été utilisés pour couler près d'un millier de pièces préfabriquées en béton pour la façade de la tour de 42 étages.

"Avec le projet Domino, le défi était de trouver la bonne solution pour un travail qui nécessitait des moules durables pouvant être utilisés de nombreuses fois, " a déclaré Hun. "Nous avons prouvé que chaque moule imprimé en 3D pouvait couler au moins 200 pièces en béton, ce qui était essentiel pour respecter le calendrier du projet.

Dans l'année, le projet a progressé de la conception du prototype à l'impression des moules finaux utilisés pour couler les pièces en béton de la tour Domino.

L'avantage de la fibre de carbone

Les moules en bois conventionnels sont fabriqués manuellement par des menuisiers qualifiés, qui manquent souvent de main-d'œuvre. En général, les moules en bois produisent moins de moulages car ils sont nettement moins durables que les moules imprimés avec de l'ABS renforcé de fibres de carbone.

"Les fibres de carbone aident à améliorer la résistance de deux fois et la rigidité de quatre fois des moules, par rapport au plastique ABS, permettre aux inserts de supporter le poids du béton coulé et la force des opérations de démoulage sur des cycles répétés, " a déclaré Brian Post de l'ORNL, l'ingénieur de fabrication de pointe du projet.

Les moules imprimés en 3D commencent par des modèles de conception assistée par ordinateur (CAO), qui sont tranchés couche par couche pour développer des parcours d'outils qui pilotent la tête d'impression. L'imprimante exécute ces parcours d'outils couche par couche en extrudant du polymère fondu pour former la pièce finale.

"Chaque moule prend entre 8 à 11 heures pour imprimer et 8 heures pour usiner jusqu'à la finition de surface souhaitée, ", a déclaré la poste.

Alors que le développement de Domino prend forme à New York, il n'attire pas seulement l'attention pour son look et son design uniques, mais aussi pour son potentiel.

"Avec l'impression 3D à portée de main, les architectes peuvent désormais laisser libre cours à leur créativité et concevoir des façades complexes qu'ils n'avaient pas encore explorées, " dit Hun.

La tour Domino devrait être achevée en 2020. L'ORNL continue de travailler avec PCI dans le cadre d'un programme de recherche de cinq ans visant à déterminer comment les nouvelles technologies peuvent améliorer les panneaux préfabriqués isolés.