Des chercheurs du Centre de recherche SEAM ont introduit de nouvelles applications pour la fabrication additive par extrusion de vis (SEAM), en se concentrant sur son utilisation dans la construction.
Au cœur de ce développement se trouve l'imprimante à portail Epic3D, un système capable de produire des composants plastiques grand format pour des applications telles que des éléments de façade, des clôtures et des portails. Utilisant un processus de dépôt continu et des structures de renforcement, cette technologie permet d'obtenir des composants durables et résistants aux intempéries, adaptés aux applications de construction extérieure.
Travailler avec Wirth & Co. GmbH, Institut Fraunhofer pour les machines-outils et la technologie de formage (IWU) utilise cette approche pour produire des éléments de façade à grande échelle qui répondent aux normes de sécurité incendie, de résistance aux UV et aux intempéries. Selon l'équipe, la technologie SEAM répond aux défis de longue date de la fabrication additive, notamment les contraintes des petites plates-formes de construction et le recours à des processus lents et coûteux à base de filaments. En adoptant les granulés comme matériau d'impression, SEAM permet une production plus rapide et plus rentable de composants personnalisés.
Fraunhofer IWU prévoit de présenter ses derniers développements en matière de technologie SEAM au salon Formnext 2024. Dirigée par le Dr Martin Kausch, chef du département des composites fibre-plastiques durables, l'équipe de recherche présentera ses travaux dans le hall 11.0, stand E38, et dans le hall 11.0, stand C29, en collaboration avec Métrom.
Les participants auront l'occasion d'explorer comment l'impression 3D à base de granulés est appliquée à la construction, y compris la fabrication de façades, et son potentiel pour remodeler l'industrie.
Le Dr Kausch a déclaré : « Nous rendons le design sophistiqué abordable. La touche personnelle dans la conception des façades est bien entendu également réalisable dans la fabrication traditionnelle. Mais ce n’est qu’avec des processus comme SEAM que cela est rentable.
Personnalisation et polyvalence de la technologie SEAM
La personnalisation est un avantage important de SEAM, en particulier pour créer des éléments de façade aux textures complexes ou aux formes uniques, tels que les logos d'entreprise. Ce processus utilise une vis d'extrusion modifiée pour fondre et déposer les granulés couche par couche sur la plateforme de construction.
Contrairement aux méthodes traditionnelles telles que les processus de laminage et de formage des fibres, SEAM élimine le besoin de moules, réduisant ainsi les coûts et le temps de production. La possibilité d’utiliser des matériaux précolorés élimine également le besoin d’étapes de revêtement supplémentaires, rationalisant ainsi le processus global.
Trois systèmes développés en collaboration avec Métrom et Technologies 1A développer le potentiel d'application de SEAM. Il s'agit notamment d'Epic3D, METROM P1410 et SEAMHex. Parmi eux, Epic3D se distingue par sa capacité à gérer une production grand format, soutenue par une plateforme de construction mesurant 2 mètres sur 1,7 mètres. En complément, le METROM P1410 apporte une polyvalence supplémentaire en intégrant des étapes de traitement telles que le fraisage, élargissant ainsi son potentiel d'application.
Enfin, SEAMHex utilise un système cinématique parallèle unique à six axes qui offre une dynamique et une flexibilité de mouvement élevées, garantissant une précision de positionnement et de trajectoire exceptionnelle. Cette conception garantit une précision de positionnement et de trajectoire exceptionnelle tout en réduisant la masse en mouvement, ce qui permet une production fiable et efficace de composants de taille moyenne. Ensemble, ces systèmes répondent à un large éventail de besoins de fabrication avec précision et adaptabilité.
Florian Stöckel, directeur général de Wirth & Co. GmbH, a souligné l'importance de la collaboration avec Fraunhofer IWU pour améliorer le processus SEAM pour les applications de construction. Il a expliqué que l'imprimante à portail Epic3D joue un rôle crucial en permettant de nouvelles possibilités de conception pour la construction de façades.
Stöckel a noté que le partenariat se concentre sur l'optimisation de divers aspects, notamment la conception, les matériaux et le processus d'impression 3D lui-même. Il a également souligné que l'investissement de l'entreprise dans le système Epic3D représente une étape vers une fabrication additive plus adaptée à la production de composants de construction.
Élargir les frontières de la recherche en construction
Au-delà de SEAM, d’autres recherches mettent en lumière l’évolution du paysage de la fabrication additive dans la construction. Un exemple notable comprend Institut de technologie du Massachusetts (MIT) et les chercheurs d'Evenline qui ont étudié la faisabilité de l'utilisation de l'impression 3D sur verre pour créer des éléments de maçonnerie emboîtables. Publié dans Springer Naturecette recherche met en évidence comment la fabrication additive du verre peut améliorer la flexibilité de conception et réduire les coûts d'outillage par rapport aux méthodes traditionnelles.
À l'aide de l'imprimante G3DP3, l'équipe a développé des unités de maçonnerie modulaires testées selon trois méthodes de fabrication : entièrement creuses, imprimées-coulées et entièrement imprimées. Les résultats ont révélé des résistances et des précisions de surface variables, les unités entièrement creuses affichant les performances structurelles les plus élevées. Selon l'équipe, cette étude met l'accent sur le potentiel de la fabrication additive en verre pour une construction recyclable et durable, bien que des améliorations supplémentaires soient nécessaires pour les applications à grande échelle.
Autre part, Université de Virginie (UVA) ont développé un composite cimentaire durable pour l'impression 3D en incorporant des nanoplaquettes de graphène (GNP) dans de l'argile calcinée au calcaire (LC2). Dirigée par le professeur Osman Ozbulut, cette recherche améliore l'intégrité structurelle et les performances environnementales, en augmentant la résistance à la compression de 23 % avec seulement 0,05 % du PNB, tout en améliorant l'imprimabilité.
Une Analyse du Cycle de Vie a révélé une réduction de 31 % des émissions de gaz à effet de serre par rapport aux mélanges traditionnels à base de ciment. Menée avec le Virginia Transportation Research Council, l'étude positionne le LC2 amélioré au graphène comme un matériau prometteur pour la construction durable, en particulier dans les infrastructures de transport.
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L'image présentée montre le centre de recherche SEAM : Epic3D (en bas à gauche), METROM P1410 (au centre) et SEAMHex. Photo via Fraunhofer IWU.