Les deux entreprises partagent les résultats des tests effectués sur une série de connecteurs en acier de construction imprimés en 3D
MX3D et Takenaka ont travaillé ensemble sur la production de connecteurs en acier personnalisés et conçus sur mesure, en utilisant l’impression 3D métal robotisée. Leur collaboration a débuté en 2019 dans le but d’explorer l’utilisation de la fabrication additive d’arcs métalliques (WAAM – Wire Arc Additive Manufacturing) robotisée dans la production de grands connecteurs en acier personnalisés pour l’industrie des infrastructures.
Au cours des trois dernières années, l’entreprise néerlandaise d’impression 3D métal s’est fait connaître pour de nombreuses réalisations, dont un bras de robot industriel et un cadre de vélo en aluminium imprimé en 3D, pour n’en citer que quelques-unes. La collaboration avec l’entreprise japonaise d’architecture et de construction a donc été assez intrigante.
Durant la première année de leur collaboration, les deux équipes ont révélé une production réussie du premier prototype de connecteur.
Par la suite, les deux équipes ont décidé de se concentrer sur les tests des propriétés mécaniques et des matériaux, une étape cruciale pour obtenir la validation du marché.
Dans un communiqué de presse, ils expliquent que des tests destructifs sur une série de connecteurs structurels imprimés ont montré des propriétés mécaniques et matérielles solides et constantes, ouvrant la voie à la certification. Les essais de traction, de fatigue et de flambage effectués sur les connecteurs ont donné des résultats convaincants. Les scanners ont montré que l’intérieur était dense et solide. De plus, les tests de rupture en compression confirment l’effet évident du remplissage de mortier sur la résistance au flambage et la résistance ultime. Un connecteur de 4 mm d’épaisseur rempli de mortier a approximativement la même résistance qu’un connecteur de 8 mm d’épaisseur (2,2 kN contre 2,3 kN resp.), réduisant de 50 % le matériau requis, ce qui rend la liberté de forme qu’offre l’impression métallique 3D encore plus avantageuse. Les propriétés des matériaux et les tests mécaniques ont permis d’atteindre les spécifications et la cohérence souhaitées, établissant ainsi la pertinence de l’impression 3D robotisée pour l’industrie.
La série de connecteurs a été imprimée en acier inoxydable duplex, comme le prototype initial. Cet alliage est réputé pour ses bonnes propriétés mécaniques et son excellente résistance à la corrosion, idéale pour les applications structurelles. La structure creuse en acier remplie de béton est très efficace et économique en matière de sécurité, l’autre acier supportant les forces de flexion et de traction et le noyau de béton interne retardant ou empêchant le flambage local de l’acier.
Les chercheurs de Takenaka Corp. ont utilisé des informations provenant d’essais physiques sur des échantillons de matériaux pour générer un modèle de simulation par éléments finis et évaluer le comportement mécanique des connecteurs. Ces résultats ont été testés par rapport au comportement réel des connecteurs soumis à une charge de compression. Comme le montre l’image ci-dessous, les résultats fournis par les simulations étaient très proches du comportement montré lors des essais mécaniques. En outre, les tests de résistance à la traction ont montré un modèle très cohérent, nécessaire pour que les architectes et les ingénieurs puissent inclure cette technologie dans leur trousse à outils. Les résultats complets de la recherche seront publiés prochainement.
Suite à la fabrication réussie des connecteurs optimisés et imprimés en acier de construction et aux bons résultats des tests, les partenaires impliqués ont l’intention de mettre en œuvre la (les) version(s) plus grande(s) dans un projet de construction réel.
Fermer la boucle de la conception numérique est essentiel pour l’architecture, l’ingénierie et l’industrie de la construction. La technologie robotique WAAM de MX3D utilisée pour produire ces connecteurs permet un contrôle numérique complet de la conception, de la production, du calendrier et des coûts, avec de grands avantages logistiques et une excellente intégration avec les applications BIM. Le MetalXL de MX3D permet désormais aux fabricants de lancer rapidement des applications d’impression 3D sur métal à grande échelle dans leurs propres installations.
Les solides résultats du projet de recherche en matière de mécanique et de matériaux confirment la pertinence de l’impression 3D robotisée des métaux pour l’architecture, l’ingénierie et la construction et ouvrent une nouvelle génération de connexions structurelles pour l’industrie AEC.
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