Le College of Engineering’s Engineering for Innovation & Entrepreneurship (ENGINE) et le College of Arts and Architecture accordent respectivement 50 000 $ et 25 000 $ aux chercheurs de la Penn State University pour faire progresser l’impression 3D du béton.
Actuellement, le béton conventionnel se compose de ciment Portland ordinaire (OPC – ordinary Portland cement), d’eau, de sable et de granulats. La production de chaque tonne d’OPC, l’ingrédient principal du béton, nécessite entre 1 700 et 1 800 mégajoules d’énergie – assez pour alimenter environ 500 ampoules de 100 watts pendant 10 heures. La production de chaque tonne d’OPC émet également environ une tonne de dioxyde de carbone dans l’atmosphère terrestre. Ces chiffres signifient que l’industrie du ciment génère environ 5 % des émissions totales de dioxyde de carbone produites par l’homme.
Dans l’idée de développer le produit MarsCrete sans ciment, les chercheurs conçoivent un béton durable à haute performance grâce au développement d’un nouveau mélange à base de ciment, principalement pour la construction d’habitations et de petits bâtiments.
Leur système d’impression 3D intègre un double mélangeur et une pompe qui alimente une buse manipulée par un bras robotisé industriel à six axes. L’équipe a utilisé la même imprimante 3D il y a deux ans pour participer au défi de la NASA.
« Les formulations concrètes et le système d’impression sont étroitement liés, car la conception de l’un influe sur la conception de l’autre », a déclaré Sven Bilén, directeur de la School of Engineering Design, Technology, and Professional Programs. « Nous devons passer de la micro-échelle à la macroéchelle. Notre travail est également étroitement lié aux conceptions architecturales qui peuvent être réalisées grâce à nos matériaux et à nos méthodes d’impression. Les trois – matériaux, système d’impression et architecture – doivent être considérés ensemble. »
L’objectif n’est pas de remplacer la construction conventionnelle
Les avantages actuels de l’impression 3D béton comprennent une réduction des déchets de construction, une construction plus rapide, moins de main-d’œuvre, une construction plus économique et une construction dans des zones à ressources limitées ou dangereuses pour les humains.
« La technologie d’impression 3D béton n’est pas développée pour remplacer la construction conventionnelle qui peut être réalisée de manière économique avec les méthodes existantes », explique Ali Memari, chercheur principal (PI). « Au contraire, cette technologie sera plus utile pour les conceptions complexes, où les méthodes conventionnelles d’utilisation des coffrages seront beaucoup plus coûteuses ou prohibitives. »
Grâce à trois axes de recherche interdisciplinaires parallèles – mélange de matériaux, caractérisation et conception des matériaux, et procédé et système d’impression – et sa nature interdisciplinaire, l’équipe peut mieux comprendre les effets de chaque variable sur le procédé d’impression. Selon les chercheurs, cela permettra de mieux contrôler le système d’impression et, en fin de compte, de créer des structures efficaces.
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