Impression 3D d’habitations
FAMA 3D est une entreprise active dans le secteur de l’impression 3D de précision. À l’aide d’équipements spéciaux, elle réalise sur commande des impressions 3D à partir d’un projet STL. Son équipe, composée de collaborateurs spécialisés, jouit d’une grande expérience centenaire dans la mécanique de précision, étant une division de Fantinelli Srl.
L’entreprise produit ses impressions 3D en utilisant, parfois de façon combinée, différentes technologies comme la MJF (Multi Jet Fusion), la SLA (imprimantes à résine) et le LPBF métal (imprimantes pour métal). La passion de l’innovation pousse constamment l’entreprise à explorer de nouveaux champs d’application. Ces dernières années, la possibilité de réaliser des maisons à l’aide de l’impression 3D s’affirme avec force, dès la conception.
L’impression 3D de maisons est une technologie qui peut offrir de nombreux avantages, tant en délais de construction qu’en durabilité environnementale. Un bras robotisé travaillant sans interruption peut achever en seulement 18 heures la construction d’une structure porteuse, comme l’a démontré la réalisation des murs d’une école au Malawi.
Les surfaces imprimées en 3D ne nécessitent pas d’usinage supplémentaire pour la création des conduits destinés aux canalisations et aux installations. Cette méthode de construction est aussi durable car elle permet d’économiser sur l’utilisation de matériaux, comme le béton liquide, qui — déposé en couches précises — durcit rapidement. Cela permet de maîtriser les délais et les coûts de construction sans mauvaises surprises.
L’impression 3D de maisons peut servir à résoudre le problème de la pénurie de logements dans certaines parties du monde, en permettant la construction d’habitations à prix accessibles sans impact sur l’environnement. Elle représente aujourd’hui une opportunité pour les professionnels du secteur — ingénieurs, architectes et autres spécialistes — d’acquérir des connaissances pratiques sur des méthodes toujours plus alternatives.
Certains projets de maisons imprimées en 3D en Italie remontent à 2018. Cette année-là furent réalisées les premières maisons en terre imprimées en 3D : de petites habitations de seulement 20 mètres carrés, ne nécessitant ni chauffage ni climatisation. Elles exploitaient la masse thermique des matériaux pour maintenir une température intérieure confortable été comme hiver. Les murs étaient aussi efficaces du point de vue bioclimatique. On passa ensuite à des unités d’habitation composées de deux pièces rondes surmontées d’une coupole en forme de ruche. Ces unités étaient toutefois imprimées avec de la terre, ce qui souleva un dilemme environnemental : si l’on pouvait déjà imprimer des maisons en mortier sans problème, l’usage de la terre comme base structurelle pouvait causer des désastres en cas de fortes pluies.
La première maison individuelle imprimée en 3D
La recherche continue de méthodes et de matériaux a conduit au développement de technologies abattant les barrières d’ingénierie de ce jeune secteur. Ainsi, en 2021 fut achevée à Eindhoven (Pays-Bas) la première maison individuelle imprimée intégralement en 3D. Sa structure porteuse fut entièrement réalisée en béton. L’Italie y joua un rôle de premier plan : en collaboration avec Italcementi, fut développé un béton pour l’impression 3D appelé i.tech 3D, applicable sans recours à des coffrages. Pour que le procédé fonctionne, les couches de béton de deux centimètres extrudées par l’imprimante devaient être assez solides pour se soutenir mutuellement et assez humides pour permettre les liaisons chimiques.
Le projet fut supervisé par les experts de l’Université technique de Munich et par le bureau d’ingénierie Schiessl Gehlen Sodeikat. Cette avancée dans l’emploi du béton ouvrit de nouveaux scénarios pour l’impression 3D dans le bâtiment. Il est aujourd’hui possible de réaliser des structures d’habitation entières, y compris des immeubles, comme le démontre la maison de Beckum : avec ses 160 m² sur deux étages, elle détient le record de « plus grande maison imprimée en 3D d’Europe ».
Même si des méthodes innovantes sont employées pour renouveler les méthodes de construction établies, le bâtiment traditionnel, avec ses techniques millénaires, continue de jouer le rôle principal. Pour imprimer une maison, il faut des machines considérables, capables de mélanger, extruder et modeler les structures porteuses. C’est là qu’une technique traditionnelle comme la réalisation en usine des différents espaces qui composent une habitation se prête à l’impression 3D de maisons. On peut ainsi construire pas à pas, pièce après pièce, toute la structure, en évitant l’installation de l’énorme imprimante 3D sur le chantier. Cette technique permet en outre la réparation immédiate d’éventuels dysfonctionnements de l’imprimante, étant constamment supervisée par le personnel spécialisé.
Meubles et aménagement de la maison avec l’impression 3D
Tout comme la construction de maisons, l’impression 3D de meubles permet d’économiser sur les matériaux, de réduire les délais de réalisation et d’assurer une fabrication unique des pièces produites. De nombreux designers de mobilier font de plus en plus appel à des entreprises spécialisées dans la fabrication sur commande pour la production de pièces uniques ou de collections privées. Parmi les créations les plus recherchées : les fauteuils et les tables basses.
S’agissant d’objets aux dimensions raisonnables, on peut les réaliser à l’aide des techniques d’impression les plus traditionnelles comme le FDM. Bancs au design accrocheur, vases aux formes recherchées ou tables aux dimensions particulières ne sont que quelques exemples de ce qu’il est possible de réaliser. De nombreux designers ont créé des alliances uniques entre la technologie 3D et l’artisanat d’excellence. L’utilisation de matériaux thermoplastiques garantit la création de meubles et de compléments d’ameublement assez robustes, qui n’ont rien à envier aux matériaux traditionnels comme le bois et le fer, avec en plus la possibilité d’en choisir le poids, la couleur et la forme.
Les principaux matériaux utilisés comme base des matériaux composites
Le PET (polyéthylène téréphtalate) est un plastique utilisé dans de nombreuses applications, dont les emballages alimentaires et les bouteilles. C’est aussi un matériau très populaire pour l’impression 3D, facile à imprimer et offrant une bonne qualité. Il est par ailleurs assez résistant pour être utilisé dans diverses applications mécaniques, comme des pièces automobiles ou des composants de mobilier et d’électroménager.
Le PLA (acide polylactique) est un matériau thermoplastique biodégradable, obtenu à partir de sources renouvelables comme le maïs, la canne à sucre ou le blé, souvent considéré comme une alternative plus écologique aux plastiques dérivés du pétrole. Sa basse température de fusion le rend facile à imprimer. Il offre aussi une bonne résistance à l’usure et une surface lisse et brillante.
L’ABS (acrylonitrile butadiène styrène) est un plastique résistant, léger et facile à travailler, utilisé dans de nombreuses applications comme les jouets, le mobilier, les composants automobiles et les pièces d’électroménager. C’est un matériau populaire pour l’impression 3D, facile à imprimer et de bonne qualité.
Le polypropylène (PP) est un matériau thermoplastique couramment utilisé pour les emballages, les non-tissés et les bouteilles. Plastique léger, résistant et facile à travailler, il offre une bonne résistance chimique et à l’usure. Il est aussi adapté à l’impression 3D, bien que moins courant que le PLA ou l’ABS. Sa basse température de fusion le rend facile à imprimer ; il possède un pouvoir de cohésion notable, mais une faible résistance thermique et peut se déformer à températures élevées.
Métaux, fibres de carbone et bois ne sont que quelques-uns des matériaux auxquels ces éléments sont associés. Au fil des ans, certains makers, stimulés par les excellentes propriétés intrinsèques des matériaux d’impression, ont concentré leurs efforts sur la conception d’imprimantes 3D grand format, leur permettant de réaliser certaines parties d’environnements domestiques — par exemple des murs, positionnés à volonté pour modifier la planimétrie de l’habitation. Bien que cette technique ne soit pas encore pleinement adoptée dans le bâtiment moderne, elle permet de réaliser des éléments pour l’aménagement intérieur.
Par un choix réfléchi du matériau, il est possible de créer presque tout ce qui se trouve aujourd’hui dans n’importe quelle maison. Pouvoir réaliser sa propre maison à partir de la structure porteuse, en personnaliser les intérieurs en concevant les meubles ou les cloisons, en choisir la forme et la couleur, ouvre d’innombrables scénarios.
Il reste aujourd’hui encore trop de zones d’ombre dans l’utilisation de l’impression 3D de maisons. L’une des principales est l’absence d’historique sur l’obsolescence des matériaux utilisés, ce qui rend difficile le choix des matériaux adéquats. Beaucoup d’entre eux sont encore relativement coûteux et pourraient ne pas convenir aux grands édifices. On comprend en outre encore mal leur capacité à résister aux intempéries et aux événements naturels. Autre problème : la faible disponibilité des technologies d’impression nécessaires pour les grands bâtiments.
Ce type de réalisation architecturale devra affronter des défis ardus avant de pouvoir être adopté à grande échelle. Mais grâce à l’innovation technologique continue, au dévouement des chercheurs et aux défis du changement climatique, l’impression 3D de maisons apportera d’énormes avantages dans la réalisation d’édifices civils comme industriels.
