L’Institut Mines Télécom (IMT)
de Lille – Douai a pour but
principal d’aider les industriels
aux termes de partenariats qui
peuvent concerner pratiquement
tous les secteurs et les domaines
d’activité. Avec le projet Matrice,
c’est le BTP qui entre dans la
4e révolution industrielle avec
à la clé, un profond remaniement
de la diversité architecturale des
bâtiments de demain.
Le projet de recherche Matrice questionne l’ensemble des enjeux relatifs à la fabrication additive – aussi appelée
impression 3D – appliquée au bâtiment. Il est
porté par l’Institut Mines Télécom (IMT
Lille-Douai) et l’Ecole Nationale Supérieure
d’Architecture et de Paysage de Lille
(ENSAPL). Ainsi, des laboratoires de
recherches aux compétences diversifiées
mènent une réflexion globale et
transdisciplinaire. Ce projet exploratoire est
financé par la Région Haut-de-France et le
Fonds européen de développement régional
(Feder), ce dernier ayant pour vocation de
renforcer la cohésion économique et sociale
dans l’Union européenne en corrigeant les
déséquilibres entre ses régions.
L’objectif de ce projet de recherche dirigé par
Sébastien Rémond, professeur à l’IMT Lille –
Douai, consiste à faire la preuve du concept
d’impression 3D en réalisant des prototypes qui,
par leur mise en œuvre robotisée, l’utilisation
de matières adaptées (structurellement et sur
le plan du développement durable notamment)
et leur portée architecturale, mettent en scène
le potentiel d’un mode opératoire nouveau. Les
livrables seront centrés sur la réalisation d’un
prototype d’un volume d’un mètre cube, accompagné de documents attestant de ses
qualités, de la démarche de conception de
l’élément présenté et de l’impact de sa mise en
œuvre sur l’ensemble du champ de la
construction.
Les énergies mobilisées autour de ce projet
sont de deux sortes. D’une part, on trouve des
gens issus de différents départements de l’IMT
comme le département Génie civil et
environnement, le département informatique
et automatismes de Douai et le département
informatique et réseau de Lille. De l’autre, on
trouve des industriels qui apportent une aide
soit directe, soit prenant la forme de
partenariats.
Les buts concrets du projet sont le
développement d’une encre imprimable qui permette de réaliser des pièces et bien sûr, le
développement d’une machine apte à les
créer par impressions successives de couches.
Les mortiers utilisés peuvent être à base de
ciment mais aussi d’argile. L’un des objectifs
de l’équipe est d’arriver à faire surgir du néant
des objets uniques qui soient des rêves
d’architectes ou de sculpteurs, en suivant des
trajectoires connues d’avance par des calculs
réalisés à partir d’un plan ou d’un dessin.
Le processus consiste d’abord à réaliser sur
ordinateur un plan de la pièce voulue en 3D.
Ce dernier est ensuite séparé en tranches
dans une commande numérique qui va piloter
les opérations pour que les dépôts de matière
successifs constituent bien finalement, l’objet
réel attendu.
DES DIFFICULTÉS
À SURMONTER
L’étude de la fabrication additive appliquée au
bâtiment appelle au regroupement de
compétences spécifiques dans des domaines
variés : imprimer de la matière destinée à avoir
un rôle structurel, esthétique et thermique
requiert des connaissances pointues en
chimie, en robotique et en informatique, pour
ce qui concerne la technologie, ainsi qu’en
conception architecturale et en ingénierie,
pour ce qui concerne l’application au domaine
du bâtiment.
Pour mener ce projet à bien, le premier défi
consiste à créer un matériau imprimable,
l’encre, qui est le composant essentiel de
toute imprimante et tout spécialement, celles
qui travaillent en volume. L’autre problème à
résoudre est de trouver un moyen de suivre
les trajectoires imposées par les modèles à
imprimer avec une précision adaptée en
termes de déplacement dans l’espace et de
vitesse de parcours.
Pour atteindre les objectifs dans les meilleures
conditions, les chercheurs de l’IMT de Douai se sont appuyés sur une commande numérique
de Beckhoff Automation. Regroupé dans une
armoire, tous les éléments de pilotage et de
contrôle gravitent donc autour d’un PC
industriel Beckhoff CP6203-0001-0050
assemblé à partir un microprocesseur Intel
Core i5 cadencé à 2,5 GHz, secondé par 8 Go
de mémoire DDR3 et un disque dur de 320 Go
au standard Serial-ATA3. Cet ordinateur en
panneau intègre un écran (1 280 x 1 024 pixels)
tactile multipoint de 19 pouces de diagonale
(48 cm). Les communications sont assurées
par deux ports Gigabit Ethernet au format
RJ45, quatre ports USB 2.0 et un port vidéo
numérique au standard DVI.
Les interconnexions entre le PC industriel
précédemment décrit, les capteurs, les
dispositifs de sécurité et les équipements
électroniques contrôlant les moteurs de la
machine d’impression, passent par un coupleur
EtherCAT Beckhoff EK1100 qui agrège des
terminaux EL1808 ménageant un total de 24
entrées numériques et cinq terminaux
analogiques EL4004 permettant de disposer
d’un total de 20 sorties ajustable de 0 V à 10 V
sur 12 bits.
Cet ensemble auquel s’ajoutent des moteurs
constitue une gestion de quatre axes
interpolés, permettant de gérer les
déplacements de la tête dans un repère
orthonormé et sa rotation pour accomplir les
trajectoires.
« L’intérêt d’avoir une commande numérique
et une motorisation fournies par Beckhoff
Automation, c’est la modularité qui permet de
faire croître la machine en ajoutant de
nouveaux ensembles au fur et à mesure des
besoins », explique Sébastien Rémond qui
précise : « ce projet n’est pas une fin en soi, ce
n’est qu’une première étape… la suivante
consistera à développer une second
prototype plus important capable d’adresser
un espace de 27 m3, c’est-à-dire, 3 x 3 x 3
mètres pour créer des pièces plus
volumineuses bien sûr, mais surtout,
beaucoup plus compliquées. »
