Configurations de maillage pour l'expérience 1. Crédit :CITA et DTI.
Des chercheurs du Centre des technologies de l'information et de l'architecture (CITA) de l'Académie royale danoise des beaux-arts et de l'Institut technologique danois ont développé un nouveau concept de construction hybride appelé « Sparse Concrete Reinforcement In Meshworks » (SCRIM). Leur méthode, qui sera présenté à la prochaine conférence ROB|ARCH et décrit dans un article sur Research Gate , répond aux limitations existantes de l'impression 3D béton (3DCP) notamment liées à l'impression de géométries non extrudées, permet une exploitation complète du contrôle robotique à six axes et cible la fabrication de composants légers.
"Cette recherche est le fruit d'une collaboration entre le CITA et le Centre Béton du DTI, " Phil Ayres et Wilson Ricardo Leal da Silva, deux des chercheurs qui ont mené l'étude ont déclaré à TechXplore. « DTI a invité le CITA à participer à un atelier de réflexion pour réfléchir à la manière dont nous pourrions repenser les approches de l'impression 3D du béton (3DCP) dans le contexte de la « conception pour le démontage ». Le brief a immédiatement mis au défi les approches 3DCP courantes, qui ont tendance à imprimer un 'tout' - c'est là que nous avons envisagé l'idée derrière la méthode SCRIM."
Le béton est actuellement le matériau le plus utilisé dans l'industrie de la construction, pourtant, ses niveaux élevés de consommation en ont également fait un contributeur principal à la production de dioxyde de carbone sur la planète. Des chercheurs du monde entier ont donc exploré des moyens d'améliorer la fabrication du béton, réduire ses effets néfastes sur l'environnement.
Au cours des dernières décennies, les nouvelles technologies ont permis la fabrication numérique, ce qui pourrait conduire à de nouvelles pratiques de conception et de construction, dont l'une est l'impression 3D de béton (3DCP). Cependant, les approches 3DCP les plus conventionnelles empilent le matériel verticalement, entraînant quelques restrictions dans l'orientation de la construction et l'incorporation du renforcement.
Configuration du maillage pour l'expérience 2. Crédit :CITA et DTI.
"Les approches 3DCP conventionnelles empilent généralement les matériaux verticalement et ont des difficultés avec l'incorporation de renforts et d'autres éléments architecturaux, " Leal da Silva a expliqué. " Contrairement à l'approche d'empilement, le concept SCRIM emploie des mailles en polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC) sur lesquelles sont imprimées directement.
Dans le concept SCRIM, les maillages sont disposés en géométries cibles 3D, qui peut également inclure des zones verticales. Le béton est ensuite déposé sélectivement dans le treillis, qui agit comme un élément de renforcement ainsi qu'un coffrage de maintien en place.
"Conceptuellement, on peut imaginer le procédé comme le renforcement local d'une membrane textile avec du béton, plutôt qu'une impression monolithique, qui sous-tend les approches existantes, ", a déclaré Ayres.
Résultats SCRIM du cône conique dans l'expérience 1. Ensemble autonome libéré (à droite), avec des détails sur le processus de dépôt et les résultats (à gauche). Crédit :CITA et DTI.
Les chercheurs ont découvert qu'en plus de réduire les restrictions dans l'orientation et le renforcement des constructions, leur technique permet des processus ultérieurs tels que l'ajout d'éléments et l'embellissement. SCRIM permet ainsi une plus grande liberté dans la conception des cibles, prendre en charge des géométries complexes et placer le matériau de manière sélective pour atteindre les objectifs de conception.
"Il y a encore des défis à résoudre en 3DCP, mais la méthode SCRIM contribue à diversifier le spectre existant des approches de construction numérique dans un domaine fortement exploré dans la communauté des chercheurs. Une différence clé est que SCRIM utilise pleinement les capacités de contrôle et de mouvement 3D de la robotique à six axes, " Ayres a déclaré. " Du point de vue de la conception, cela ouvre de nouveaux potentiels créatifs pour le 3DCP. D'un point de vue pratique, l'approche SCRIM permet l'impression hors site et l'assemblage à base de composants. En outre, parce que le béton est déposé sélectivement, cela permet de réduire la consommation de béton et de permettre la production d'éléments de construction plus légers."
Résultats de SCRIM dans l'Expérience 2. a) Première tentative de dépôt; b) deuxième tentative de dépôt. Crédit :CITA et DTI.
Pour développer davantage leur méthode, les chercheurs prévoient maintenant d'affiner la conception du mélange de béton et ses propriétés associées au jeune âge. En outre, ils espèrent explorer la possibilité de produire des maillages en polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) sur mesure et permettre un contrôle robotique adaptatif pour répondre à la dynamique du « temps d'impression ».
« Nous visons également à développer un environnement de conception intégré, lier l'intention de conception à la simulation, analyse du processus de production et propriétés des éléments résultants en post-production, " dit Ayres. " Enfin, nous prévoyons de rechercher des partenaires industriels pour développer le concept vers la production de composants de construction."
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