L’impression 3D dans l’architecture

L’impression 3D est de plus en plus utilisée non seulement dans la construction mécanique, l’industrie aérospatiale, la médecine et l’archéologie, mais aussi dans l’architecture. Dans cet article, nous souhaitons montrer plus en détail à quoi peut servir la fabrication additive dans l’architecture et quelles sont les principales applications.

Applications

En principe, on distingue ici les imprimantes 3D qui

  • réaliser des maquettes d’architecture peu coûteuses qui seront utilisées comme modèles d’étude lors du processus de fabrication ultérieur,
  • réaliser des maquettes d’architecture à la fois réalistes et détaillées, destinées à représenter visuellement l’objet et à être utilisées pour promouvoir le projet, et
  • même être utilisé pour la fabrication d’objets de construction imprimés en 3D.

Quelle est la méthode d’impression la plus appropriée ?

Pour la fabrication de modèles architecturaux, on a généralement recours à la technologie Fused Deposition Modeling (FDM). La plupart des imprimantes 3D de bureau sont des appareils FDM qui fonctionnent avec ce que l’on appelle un filament. Outre le procédé FDM, la stéréolithographie (SLA) et la technologie Digital Light Processing (DLP) sont également utilisées en architecture pour l’impression 3D dans ce domaine.

Avantages de l’impression 3D dans le domaine de l’architecture

Les modèles imprimés en 3D sont d’une importance non négligeable en tant que complément aux modèles 3D virtuels et aux simulations informatiques. Ici, les objets sont fabriqués sous forme de modèles et peuvent donner au spectateur une première impression visuelle. Les imprimantes 3D permettent de fabriquer ces objets à moindre coût tout en assurant une grande précision. Si différentes versions d’un projet doivent être représentées, les modèles imprimés en 3D permettent de le faire sans difficulté. Ces modèles peuvent être présentés au client, qui peut ainsi se faire une impression visuelle pendant différentes phases de construction.

Outre l’économie de coûts, le gain de temps est également un facteur à ne pas sous-estimer. Alors qu’auparavant, les objets devaient être créés à l’échelle en bois ou en mousse, au prix d’un travail manuel fastidieux qui pouvait durer des jours, une imprimante 3D peut désormais s’en charger. Il suffit de saisir les données correspondantes dans un logiciel 3D approprié et de les transmettre ensuite à l’imprimante 3D prête à l'emploi via un câble USB ou une carte SD. Pendant que l’imprimante 3D travaille, l’architecte peut s’adonner à une autre activité.

Si des modifications doivent être apportées au futur objet, le modèle 3D peut être spécifié sur l’ordinateur puis réimprimé. L’impression 3D est justement un outil presque idéal pour la conception itérative.

L’impression 3D est également synonyme de haut niveau de détail et permet d’utiliser de nombreux matériaux et surfaces différents. Très souvent, il faut toutefois procéder à un traitement ultérieur. Ces travaux comprennent l’élimination des matériaux de soutien, le nettoyage de la surface jusqu’au vernissage et à la coloration. En Malaisie, par exemple, contrairement à Hambourg, MinNature a créé un pays des merveilles en miniature où la plupart des modèles de bâtiments ont été fabriqués à l’aide d’imprimantes 3D. On peut notamment y voir des quartiers entiers de Kuala Lumpur en miniature.

Si l’impression 3D est réalisée avec de grandes imprimantes à béton, il est même possible de fabriquer des maisons entières, des petits pavillons d’exposition, des ponts pour vélos et piétons avec cette technologie. De telles maisons, pavillons et ponts ont été construits et mis en service au Danemark, aux Pays-Bas, en Russie et en Espagne, entre autres. Lors du Design Miami 2016, les visiteurs ont pu admirer un pavillon en bambou imprimé en 3D, baptisé « Flotsam and Jetsam ».

Mais la plupart des architectes utiliseront certainement l’impression 3D principalement pour visualiser des objets de construction de différents types. Pour cela, une imprimante 3D selon le procédé FDM suffit dans la plupart des cas.

Différents modèles d’architecture

Dès la phase de conception, il est possible de réaliser différents modèles 3D correspondant par exemple à différents concepts. C’est justement à ce moment-là qu’il faut opter pour une imprimante 3D qui imprime de manière très détaillée. Le choix du filament est également d’une importance non négligeable. Un grand volume de construction est également important, en particulier pour les modèles d’urbanisme.

Qu’est-ce qui plaide également en faveur de l’impression 3D dans l’architecture ?

Un autre critère important qui plaide en faveur de l’impression 3D est la réduction des coûts de production. De nombreux concepts peuvent désormais être testés non seulement à l’écran via une simulation informatique, mais aussi en tant qu’objet réel, ce qui permet de mettre en évidence les problèmes potentiels. En règle générale, une imprimante 3D avec une extrudeuse suffit amplement. Souvent, il ne faut aussi qu’un ou deux types de matériaux (probablement ABS et PLA), qui doivent être disponibles dans un petit nombre de couleurs. Ainsi, selon Stratasys, l’un des principaux fabricants d’imprimantes 3D, l’utilisation de ces appareils permet de réduire les coûts de modélisation jusqu’à 75%.

Les architectes peuvent atteindre un niveau de détail particulièrement élevé en recourant à la méthode SLA ou DLP pour imprimer les modèles. Ces procédés d’impression 3D utilisent en partie une résine (resin) et sont connus pour leur grande précision des détails. Ce sont justement les détails qui suscitent souvent l’intérêt des investisseurs ou des clients.

En plus de l’impression 3D elle-même, il faut bien sûr effectuer quelques travaux supplémentaires. Cela comprend la conception graphique des différents objets sur ordinateur à l’aide d’un logiciel d’impression 3D pendant la période de préparation. Pendant la période de post-traitement, il peut être nécessaire de nettoyer l’imprimante 3D ou son plateau de construction et de polir l’objet imprimé, éventuellement de le monter et de le peindre.

Fabrication de structures complexes

Des objets architecturalement difficiles peuvent être réalisés grâce à la fabrication additive. Il est ainsi possible, entre autres, d’imprimer des arcs et des dômes qu’il est pratiquement impossible de réaliser manuellement. Mais si vous pensez que cela rendra obsolète le travail des designers ou des modélistes, détrompez-vous. Grâce à cette technologie, ces derniers sont en mesure de réaliser des structures plus complexes. L’impression 3D n’est donc qu’un élément de la « boîte à outils » des développeurs, modélistes et designers.

Coûts

La fabrication de modèles architecturaux imprimés en 3D peut être prise en charge par l’entreprise elle-même ou être confiée à un prestataire de services d’impression 3D qui réalise des modèles architecturaux. Ceux qui ne souhaitent pas externaliser ces services devraient consulter les différentes évaluations de produits qui ont été publiées entre-temps pour de nombreuses imprimantes 3D – imprimantes prêtes à l'emploi ou imprimantes 3D en kit. En général, le prix d’un objet imprimé en 3D dépend entre autres des paramètres suivants :

  • Taille du modèle à imprimer,
  • Intensité souhaitée des détails,
  • qualité des matériaux,
  • Choix de filaments,
  • Durée de l’impression 3D (consommation électrique/coût de l’électricité),
  • Coûts d’acquisition proportionnels pour l’imprimante 3D.

Taille du modèle à imprimer et durée de l’impression 3D

Plus le modèle imprimé en 3D doit être grand, plus la quantité de matériau utilisée est importante et plus le coût du filament augmente. La taille a également un impact sur le temps d’impression. L’impression 3D d’objets plus grands nécessite généralement plus de temps, ce qui fait grimper les coûts d’électricité.

Intensité des détails

Il faut plus de temps pour la fabrication additive d’un modèle architectural à la fois complexe et détaillé que pour un simple objet ne comportant que quelques détails. De plus, les modèles détaillés nécessitent souvent plus de temps de préparation.

Qualité des matériaux

Les filaments sont tout à fait coûteux à l’achat, surtout s’ils doivent présenter des propriétés telles que la résistance aux UV et la flexibilité. Il ne faut en aucun cas économiser sur la qualité du matériel, mais acheter des marchandises de haute qualité.

Choix de filaments

Les imprimantes 3D qui utilisent le procédé d’extrusion – c’est-à-dire la technologie FDM – peuvent travailler avec les filaments les plus divers tels que PLA, ABS, PET-G, PVA, filaments de bois, etc. L’ABS et le PLA, en particulier, conviennent parfaitement à la fabrication de modèles architecturaux.

Si l’impression doit comporter de nombreux détails, il peut être judicieux de travailler avec une imprimante SLA ou DLP 3D.

Durée de l’impression 3D

Parmi les autres facteurs de coût, il y a sans aucun doute la durée de l’impression 3D. Si un objet plus grand ou plus détaillé doit être imprimé en 3D, l’imprimante 3D doit parfois travailler plusieurs heures d’affilée. Cela se répercute bien sûr sur la consommation de filaments et surtout sur la consommation d’électricité. Par ailleurs, si une panne de courant survient entre-temps ou si le filament est épuisé, de plus en plus d’imprimantes 3D sont en mesure de continuer à imprimer plus tard au même endroit.

Coûts d’acquisition proportionnels pour l’imprimante 3D

Tout comme pour les véhicules (mot-clé : forfait kilométrique dans la déclaration d’impôts), il convient de tenir compte des coûts d’acquisition de l’imprimante 3D lors du calcul des coûts. Enfin, l’achat d’un appareil plus onéreux ne s’amortit qu’au bout d’une longue période et seulement s’il est utilisé régulièrement.

Les prix des imprimantes 3D de bureau dotées de fonctions pour l’industrie de l’architecture varient considérablement. Pour les imprimantes 3D en kit traditionnelles, qui sont principalement utilisées pour un usage privé et qui pourraient certainement convenir à la fabrication de modèles de bâtiments simples individuels, le prix commence à environ 150 euros. Toutefois, si vous ne voulez pas passer trop de temps à bricoler et que vous souhaitez utiliser une imprimante 3D de valeur, vous devriez investir dans des imprimantes prêtes à l'emploi. Les appareils professionnels avec un grand espace de construction peuvent aussi coûter plus de 10.000 euros. Ces derniers appareils sont utilisés par exemple pour la production de grandes quantités.

Scanners 3D dans l’architecture

Dans le domaine de l’impression 3D en architecture et en construction, l’accent est mis, comme ailleurs, sur la technologie d’impression. Mais avec le scanning 3D, il existe un autre procédé intéressant qui peut également rendre de bons services aux architectes. Nous souhaitons aborder brièvement ce point ici.

Les scanners 3D sont par exemple utilisés pour capturer des images d’intérieur dans les habitations et les bâtiments commerciaux. Les données ainsi créées sont transmises à un ordinateur et traitées à l’aide de programmes de CAO appropriés (par exemple Autocad, Fusion 360, etc.). Certaines agences immobilières utilisent ce type de procédé pour permettre aux clients potentiels de visiter virtuellement des logements ou des maisons.

Le scan 3D peut également être utile pour les bâtiments historiques. Si, par exemple, les plans de construction et autres documents de construction sont incomplets ou inexistants, un scanner 3D permet de réaliser une représentation détaillée et de déterminer au moins une partie des dimensions.

L’exemple le plus connu de l’utilisation des scanners 3D dans l’architecture est certainement la cathédrale de la Sagrada Familia à Barcelone, qui doit enfin être achevée plus de 130 ans après le début de sa construction. Des modèles de certaines zones de cet édifice sacré ont été créés à l’aide de scanners 3D, qui constituent désormais une base pour compléter l’ouvrage. Jusqu’au début du millénaire, les différents modèles avaient été fabriqués à la main, avec beaucoup de difficultés.

Littérature complémentaire/sources :

  • https://minnature.com/
  • https://www.miamidesigndistrict.net/blog/entries/579/flotsam–jetsam-brings-one-of-the-worlds-largest-3d-printed-objects-to-miami/
  • https://i.materialise.com/blog/en/how-3d-printing-is-changing-architecture-learning-from-the-sagrada-familia-team-in-barcelona/