Les chercheurs de l’Université technologique de Nanyang (NTU) à Singapour ont passé beaucoup de temps et d’énergie au cours des dernières années à rechercher l’impression 3D de construction avec des matériaux en béton. Il y a deux ans, l’équipe du NTU Singapore Center for 3D Printing (SC3DP), dirigée par le professeur assistant Pham Quang Cuong de la School of Mechanical and Aerospace Engineering de NTU, a publié un article sur leur travail pour développer des robots d’impression 3D mobiles contemporains. L’idée était que plusieurs robots travaillant ensemble pour construire une structure en béton ne seraient pas freinés par des problèmes communs tels que les contraintes de volume et les longs délais.

L’adoption de l’impression 3D concrète est limitée en raison de problèmes tels que le manque de mobilité et la petite taille, et l’utilisation de robots mobiles synchronisés est un excellent endroit pour commencer à travailler sur la question de l’évolutivité. Mais maintenant, le professeur Cuong et son équipe font passer les choses au niveau supérieur. Ils utilisent toujours des robots mobiles pour une approche d’impression en mouvement, mais au lieu d’une paire de systèmes, ils ont développé une plate-forme AM industrielle à un seul robot qui peut réaliser une impression de construction à grande échelle toute seule.

«Notre système est monté sur un robot mobile. La capacité de déplacer la base du robot dans l’espace permet à notre robot d’imprimer des structures plus grandes que lui », a expliqué le professeur Cuong. « Avoir une base mobile facilite également l’introduction du robot sur le chantier et son déplacement à l’intérieur. »

L’équipe NTU – composée de Mehmet Efe Tiryaki, Xu Zhang et le professeur Cuong – a publié un article sur leur nouveau système intitulé «Impression en mouvement: un nouveau paradigme pour l’impression 3D robotique à grande échelle».

Le résumé se lit comme suit: «La construction est récemment devenue un domaine d’application passionnant pour la technologie robotique. En particulier, les progrès rapides de la formulation des matériaux et de la technologie robotique ont fait de l’impression 3D robotisée du béton une technique prometteuse pour la construction in situ. Pourtant, l’évolutivité est toujours un obstacle important à une utilisation généralisée: les systèmes d’impression (basés sur un port ou sur un bras) sont souvent beaucoup plus grands que la structure à imprimer, et donc encombrants. Récemment, un système d’impression mobile – un manipulateur monté sur une base mobile – a été proposé pour remédier à ce problème: un tel système en déplaçant la base pourrait potentiellement imprimer une structure plus grande qu’elle-même. Cependant, le système proposé ne pouvait imprimer que lorsqu’il était silencieux, introduisant ainsi une limite sur la taille des structures pouvant être imprimées sur un seul toit. Ici, nous développons un système qui implémente le paradigme d’impression en mouvement, qui permet l’impression de structures uniques dans des tailles arbitraires avec un seul robot. Ce développement nécessite de résoudre les problèmes de planification de mouvement, de localisation et de contrôle de mouvement spécifiques à l’impression 3D mobile. « 

Ce système n’a besoin que d’un robot pour imprimer des structures de différentes tailles dans différentes tailles, ce qui contribue également à garantir de meilleures propriétés structurelles.

Le système d’impression 3D du robot mobile

En règle générale, les matériaux de construction plus larges que la distance de conception du système d’impression 3D ne peuvent pas être imprimés. En effet, les dimensions d’une structure imprimée sont limitées par l’une des trois choses suivantes: la portée du bras du robot, le volume limité du portail ou le cadre qui permet à la tête d’impression de se déplacer le long d’un axe particulier. Mais les chercheurs du NTU ont permis à leur système de se déplacer dans n’importe quelle direction, du moment qu’il se trouve sur une surface plane, en montant un robot manipulateur industriel sur un empattement. Un tuyau est ensuite utilisé pour connecter la buse à bride du manipulateur de la plate-forme à une pompe.

Les mouvements du robot manipulateur et de la plate-forme mobile sont soigneusement planifiés dans ce nouveau système pour réaliser un effort coordonné. Il utilise un contrôle de mouvement par rétroaction et une localisation robotique très précise pour garantir que la buse dépose le matériau de béton au bon rythme au bon endroit. En plaçant une caméra à l’arrière de la base mobile, son «système de localisation» fonctionne mieux sur une plus grande surface.

Modèle pour la configuration du système d’imprimante 3D de NTU et le pipeline de processus d’impression

Le groupe de recherche NTU affirme que leur système d’impression en mouvement peut augmenter la taille des structures qu’un robot peut fabriquer. Pour le prouver, ils ont utilisé la plate-forme pour imprimer en 3D une structure en béton monobloc de 210 x 45 x 10 cm qui est certainement plus grande que la portée de 87 cm du bras du robot. Ce système peut augmenter considérablement l’efficacité de l’impression de conception 3D. Mais leur travail n’est pas encore terminé car le système présente encore certaines limites, notamment en ce qui concerne les zones de travail inégales.

Le professeur Cuong a expliqué: «Nous prévoyons d’ajouter des fonctionnalités de collaboration à notre robot. L’idée est de demander à un opérateur humain de prendre le robot par la main et de le déplacer sur le chantier vers l’emplacement souhaité et de le guider pour réaliser un assemblage de haute précision. « 

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(Source: IEEE)



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