Les premiers travaux de développement et de recherche sur l’impression 3D dans la construction ont eu lieu en 1995. Dans les années 2000, la technologie gagnait déjà du terrain dans le monde entier. Cependant, en Europe, les professionnels ont commencé à la prendre au sérieux lorsque le premier bâtiment imprimé en 3D a été entièrement approuvé par les autorités. L’entreprise de construction technologique à l’origine de cette innovation était COBOD International. Nous étions alors en 2017.
L’histoire de COBOD, quant à elle, a commencé lorsque le gouvernement danois a décidé de faire de l’impression 3D en construction une priorité dans son agenda. « En 2015 déjà, le gouvernement a estimé que le Danemark prenait du retard dans ce domaine. Il a donné à 3D Printhuset (une société sœur de COBOD International) et au plus grand entrepreneur général du Danemark, NCC, une subvention pour faire le tour du monde et enquêter sur l’état de l’art de l’impression 3D de construction« , déclare d’emblée Philip Lund-Nielsen cofondateur et responsable des Amériques de COBOD.
À la fin de leur enquête, les deux entreprises susmentionnées ont organisé deux grandes conférences et rédigé un rapport pour présenter au secteur danois de la construction ce qu’elles ont découvert au cours de leurs recherches. Dans le même temps, 3D Printhuset a également décidé de développer une imprimante 3D dédiée à la construction, qui a ensuite été utilisée pour réaliser le projet « BOD » – Building on Demand -, le premier bâtiment imprimé en 3D en Europe.
« Cela a entraîné une demande pour l’imprimante développée, l’imprimante BOD1, mais au lieu de commencer à la vendre, il a été décidé de faire une imprimante de deuxième génération, la BOD2, basée sur les apprentissages réalisés lors de l’impression du bâtiment ‘BOD’. Cette imprimante était prête à être vendue en 2018, date à laquelle 3D Printhuset s’est séparée de l’activité d’imprimantes 3D de construction, y compris la BOD2, et a créé COBOD International en tant que société sœur. La première livraison de la BOD2 a eu lieu en janvier 2019 et depuis, de nombreuses autres imprimantes BOD2 ont été fournies dans le monde entier, sur 6 continents différents« , note Lund-Nielsen.
Un aperçu des méthodes d’impression 3D pour la construction
Tout comme dans la fabrication additive industrielle, il existe également plusieurs procédés de construction dans l’impression 3D pour la construction. Les principaux sont l’extrusion, le collage de poudre ou la soudure additive. Selon l’expert de COBOD, les principales différences entre ces trois procédés résident dans les matériaux et les niveaux de vitesse.
Alors que le soudage additif est une technologie basée sur le métal, le collage de poudre est limité par la vitesse. « L’imprimante 3D de construction BOD2 peut imprimer jusqu’à 1 mètre cube de béton par heure. Une imprimante 3D basée sur le collage par poudre peut imprimer à environ 1/1000 de cette efficacité« , déclare Lund-Nielsen pour expliquer cette limitation de vitesse du collage par poudre.
En revanche, l’extrusion – une méthode d’impression 3D largement utilisée par COBOD – est évolutive et peut être intégrée dans des systèmes de portiques modulaires. Idéal pour les environnements intérieurs et extérieurs, ce procédé peut également être utilisé au moyen de bras robotisés qui offrent une meilleure automatisation. De tels systèmes sont idéaux pour la construction de grandes structures comme les maisons, qui nécessitent que l’imprimante se déplace plusieurs fois.
« Notre imprimante modulaire BOD2 permet d’assembler des imprimantes de petite taille (adaptées à la recherche et aux petites impressions) à de très grandes imprimantes pouvant imprimer des bâtiments de plusieurs étages« , explique le cofondateur en parlant de ses imprimantes 3D.
Une seule application en ligne de mire : les éoliennes
L’impression 3D pour la construction est souvent associée à la construction de bâtiments et de maisons. En fait, les premiers jalons importants concernant l’utilisation de l’impression 3D dans le secteur du bâtiment incluent des bâtiments imprimés en 3D, des ponts imprimés en 3D, des pièces imprimées en 3D dans un bâtiment public, des maisons imprimées en 3D, pour n’en citer que quelques-uns.
Au fil du temps, des entreprises comme COBOD ont exploré le potentiel de cette technologie et d’autres applications ont été envisagées. Actuellement, les experts en R&D de COBOD explorent l’utilisation de l’impression 3D de construction pour l’impression souterraine (par exemple, les piscines, les caves et les sous-sols), les garages, les silos (par exemple, pour le stockage de l’eau), les trous d’homme, les fossés (par exemple, pour le transport de l’eau) et les entrepôts.
Une autre application intéressante est le récent partenariat que l’entreprise a signé avec GE Renewable Energy pour imprimer en 3D des éoliennes.
Ce n’est un secret pour personne que les éoliennes jouent un rôle central dans la transition vers une énergie verte. Cependant, les plus hautes d’entre elles restent un goulot d’étranglement essentiel dans le secteur de la construction. Il existe deux catégories d’éoliennes : les éoliennes terrestres (on-shore) fabriquées en grand volume et les éoliennes off-shore.
« L’augmentation de la hauteur des éoliennes terrestres est l’un des facteurs les plus importants pour accroître la puissance de sortie ; toutefois, cette augmentation est limitée par la forme inhérente d’une éolienne. Les éoliennes sont faites d’acier et ont la forme d’un cône dont la partie la plus large se trouve à la base – pour augmenter la hauteur, le diamètre de la base doit également être augmenté. Les éoliennes terrestres atteignent actuellement une hauteur maximale d’environ 80 à 100 mètres, car pour aller plus haut, il faut augmenter la base jusqu’à plus de 4,5 mètres de diamètre, ce qui est tout à fait irréalisable pour le transport routier« , explique notre invité.
Du point de vue de la fabrication, la base de la tour en béton située sous l’éolienne en acier peut être soit préfabriquée, soit imprimée en 3D sur place. Si les deux solutions présentent leur lot d’avantages et d’inconvénients, Lund-Nielsen souligne plusieurs avantages pour l’option de l’impression 3D sur site.
Selon lui, les bases de tour en béton préfabriqué, qui consistent en des blocs de béton préfabriqués hors site ou sur site avec des coffrages, sont très coûteuses – surtout si elles sont transportées sur de longues distances de l’usine au site -, prennent beaucoup de temps au niveau de l’assemblage et présentent des contraintes en termes de taille. En effet, « tout comme pour une base de tour en acier ordinaire, les bases en béton préfabriqué doivent toujours respecter les dimensions maximales du camion qui les transporte« , a-t-il déclaré.
« Bases de tour en béton imprimées en 3D sur site : en imprimant une base de tour pour l’éolienne sur site, vous contournez essentiellement tous les inconvénients susmentionnés du préfabriqué, tout en conservant les avantages de l’extension de la hauteur de l’éolienne.
En collaboration avec GE, COBOD a testé une base de 10 mètres, et les deux sociétés ont investi massivement pour imprimer des bases encore plus grandes, ce qui permet d’augmenter encore la puissance. À l’avenir, nous nous efforcerons de créer des socles en béton d’une hauteur de 80 mètres en combinant l’impression 3D et les coffrages sur site, puis de placer une éolienne de 80 à 100 mètres sur le socle, ce qui augmentera considérablement la production d’électricité« , souligne-t-il.
Pendant la phase de fabrication, l’imprimante 3D de construction à système de portique de COBOD extrude sur place une base de tour circulaire en béton en forme de cône, avec des renforts en acier ajoutés dans les axes horizontal et vertical pour plus de solidité et de stabilité. La base peut être étendue en coulant des « anneaux » de béton supplémentaires à côté de la base imprimée en 3D, puis en les assemblant à l’aide d’une grue pour les soulever et les placer. Une fois le béton durci, l’éolienne en acier est soulevée au sommet de la base de la tour et est fixée. À partir de là, l’éolienne est assemblée selon les méthodes traditionnelles.
COBOD sur le marché actuel de la construction
COBOD est l’une des entreprises qui n’a pas seulement évolué avec le secteur de la construction, mais qui a permis à ce marché d’évoluer grâce à ses innovations. Avec des partenaires et des clients sur les six continents, l’entreprise cherchera certainement à renforcer l’automatisation de ses processus à l’avenir, ainsi que la taille des structures que ses imprimantes 3D peuvent construire.
Alors que Lund-Nielsen annonce plusieurs projets passionnants à réaliser au cours des 12 prochains mois, vous pourrez toujours l’écouter et lui parler ce mercredi 15 septembre, lors de la session Additive Talks consacrée aux complexités cachées de l’impression 3D dans la construction.
