Des chercheurs de l'Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapore) a développé la capacité d'imprimer en 3D une salle de bain non meublée en moins d'une journée.

Après impression, la salle de bain est équipée de sanitaires pour devenir un meuble préfabriqué, prêt à être utilisé dans des projets de construction. Son intérieur comprend un évier, miroir, douche, cuvette des toilettes, murs et sols carrelés en céramique, complet avec drains et tuyauterie dissimulés.

Cela pourrait potentiellement aider les entreprises à construire des unités de salle de bain préfabriquées (PBU) environ 30 % plus rapidement et 30 % plus légères que les PBU actuels.

Au cours des quatre dernières années, l'équipe de recherche s'est concentrée sur le développement d'un mélange de béton spécial qui est suffisamment fluide pour s'écouler à travers les tuyaux et la buse d'impression, peut encore durcir assez rapidement pour que la couche suivante puisse être imprimée dessus. En plus d'assurer une qualité d'impression constante, le produit final doit également être aussi résistant que le béton conventionnel.

Le processus d'impression prend la moitié du temps nécessaire à la construction d'un meuble de salle de bain conventionnel utilisant le moulage de béton. Les garnitures, le carrelage et la finition prendront généralement cinq jours supplémentaires.

Cette innovation a été développée par une équipe de recherche conjointe dirigée par Assoc Prof Tan Ming Jen du NTU's Singapore Centre for 3-D Printing, en partenariat avec Sembcorp Design and Construction, et les architectes et ingénieurs de Sembcorp.

Le Singapore Centre for 3-D Printing a été créé par la National Research Foundation (NRF) Singapour, mener des travaux de recherche et développement sur la technologie d'impression 3D, et accélérer l'adoption de la technologie par les entreprises.

Monsieur Lim Tuang Liang, Directeur exécutif à la recherche, Bureau de coordination de l'innovation et des entreprises de la National Research Foundation (NRF) Singapour, a déclaré : « La force de Singapour dans les technologies de fabrication de pointe s'approfondit non seulement dans le domaine de la recherche, mais aussi dans l'adoption et le déploiement de ces technologies par nos entreprises. Ce dernier projet entre NTU et Sembcorp témoigne de nos solides capacités de recherche et de traduction en impression 3D. Nous sommes ravis de promouvoir davantage de collaborations entre nos instituts de recherche et les entreprises axées sur l'innovation pour favoriser l'adoption de technologies clés dans le secteur manufacturier. »

Cette preuve de concept vise à améliorer la productivité de l'industrie du bâtiment et de la construction de Singapour grâce à l'utilisation de méthodes de fabrication numériques et robotiques pour réduire les besoins en main-d'œuvre qualifiée et en main-d'œuvre.

Depuis 2014, il était obligatoire pour tous les sites de vente de terrains publics (GLS) résidentiels non débarqués à Singapour d'utiliser des unités de salle de bain préfabriquées (PBU) dans leur processus de construction.

Les PBU sont généralement coulés dans du béton et entièrement pré-assemblés hors site avec toutes les finitions et accessoires nécessaires, prêt à être soulevé et installé dans un projet de construction.

En déplaçant la majeure partie de la fabrication hors site vers l'environnement contrôlé d'une usine, Les PBU permettent des économies de temps et de main-d'œuvre d'environ 60 %, par rapport à la construction sur site qui était pratiquée avant 2014. Il y a aussi une meilleure maîtrise des matériaux et du processus de préfabrication, résultant en des finitions de meilleure qualité et moins de gaspillage.

Assoc Prof Tan a déclaré que l'impression 3D d'une unité de salle de bain pourrait aider les fabricants à réduire de moitié leur temps de production tout en réduisant les coûts de transport, émissions de carbone et gaspillage de matériaux. Moins d'espace est requis pour créer et stocker le même nombre de PBU à Singapour, où les terres sont rares, puisque les PBU conventionnels prennent environ deux semaines avant de pouvoir être prêts.

"En pouvant imprimer à la demande, les entreprises peuvent économiser sur leurs coûts d'inventaire ainsi que sur les coûts de main-d'œuvre, car ils n'ont pas à détenir autant de stock et leurs travailleurs peuvent être redéployés pour effectuer des tâches de plus haut niveau. Cette approche améliore la sécurité au travail, puisque les robots font la construction de l'unité de salle de bain, " expliqua le professeur Tan.

Er Lie Liong Tjen, chef d'équipe de Sembcorp Design and Construction, et Sembcorp Architects &Engineers ont déclaré :« La technologie d'impression 3D permet d'imprimer et de personnaliser le béton. La forme compliquée d'un PBU et de ses murs peut être développée et imprimée à un rythme plus rapide pour satisfaire les besoins des clients individuels car aucun coffrage ou des moules sont nécessaires, alors que la construction conventionnelle de PBU avec des panneaux muraux en béton ou légers limite toujours les possibilités de conception. En outre, L'impression 3D peut créer des profils curvilignes plutôt que des formes rectilignes."

Comment le meuble de salle de bain est imprimé en 3D

L'équipe multidisciplinaire composée de chercheurs de disciplines telles que la mécanique, génie civil et des matériaux, architecture et robotique, devait d'abord développer des mélanges de béton spéciaux pouvant être imprimés en 3D. Les nouveaux mélanges comprennent des matériaux de construction écologiques tels que les géopolymères, qui sont fabriqués à partir de déchets de cendres volantes.

Pour activer l'impression, l'équipe a également dû développer de nouveaux systèmes d'impression et de contrôle qui pourraient adapter le débit de la buse aux propriétés de durcissement du béton.

L'impression a ensuite été réalisée en un seul montage à l'aide d'un bras robotique KUKA 6 axes, qui a une portée d'environ 6 mètres de diamètre. Le mélange de béton spécialement conçu a été acheminé vers des mélangeurs et pompé à partir d'une buse montée sur le bras robotique, déposer le matériau couche par couche selon le plan numérique.

Pour économiser de la matière et réaliser des économies de poids allant jusqu'à 30 %, les murs du PBU ont été imprimés en forme de W-treillis, qui a donné une force supplémentaire à la structure finale.

L'équipe de recherche a imprimé et équipé deux PBU. Un mesurant 1,62 m (L) x 1,5 m (L) x 2,8 m (H) a été imprimé en seulement 9 heures tandis que le second PBU mesurant 2 m (L) x 2,6 m (L) x 2,8 m (H) a été imprimé en 12 les heures.

Tout au long du processus, Les chercheurs de NTU ont travaillé en étroite collaboration avec les ingénieurs de Sembcorp, qui a fourni des contributions industrielles et a commenté les résultats de la recherche, ainsi que des ressources et du matériel fournis pour l'impression 3D. Ils ont également installé des finitions architecturales et des appareils de plomberie sur les deux PBU imprimés et ont aidé à la logistique globale.

Satisfait ou dépasse les normes de l'industrie

Le plus grand PBU imprimé en 3D a déjà subi des tests industriels rigoureux, avec les résultats montrant qu'il a atteint la résistance et la robustesse requises comme indiqué dans la norme de Singapour SS492:2001.

Il subit actuellement des tests d'absorption d'eau et de résistance au feu dans le cadre des exigences du cadre d'acceptation PBU du Building Innovation Panel (BIP).

Le BIP est une plateforme inter-agences qui accélère le développement et la mise en œuvre de méthodes réalisables, processus, solutions, technologies ou matériaux - pour couvrir des solutions au-delà de celles qui augmentent la productivité à tout type d'innovation qui peut améliorer l'environnement bâti de Singapour.

La technologie et le savoir-faire employés dans ce projet multidisciplinaire sont protégés par une divulgation technologique déposée par l'intermédiaire de la société d'innovation et d'entreprise de NTU, NTUitive, et est détenu conjointement par l'université et Sembcorp.

Avancer, l'équipe est impatiente d'obtenir les approbations requises pour les essais de la Building and Construction Authority of Singapore (BCA) et de commercialiser la technologie par le biais de licences ou d'une entreprise dérivée.