Nous allons dans cet article nous intéresser à des structures construites sur le principe d’éléments génériques reliés par des connecteurs qui sont eux, uniques. Nous allons voir comment ce principe peut-il se mettre en place, et comment cela permet de rendre la construction architecturale basée sur l’usage de l’impression 3D accessible à tout public.
Mesh pavillon : Un pavillon à imprimer en 3D conçu par les professeurs du SUTD
Dans le cadre de l’exposition Open House de l’université SUTD en 2016, les professeurs Felix Raspall et Carlos Banon de l’université SUTD de Singapour ont voulu construire un pavillon utilisant la technologie de l’impression 3D mais en appliquant cette technologie directement aux plus petits composants, et non a l’ensemble du pavillon lui-même. Ainsi, ce sont des connecteurs imprimés à l’aide d’une imprimante 3D qui relient des barres en aluminium et dont l’assemblage final produit le pavillon.
Le pavillon de 14,5 mètres de long est donc fabriqués à partir de nœuds imprimé en métal et en nylon, et de barres d’aluminium.
Conception :
Afin de produire le modèle 3D des nœuds connecteurs, il s’agissait tout d’abord de modéliser la forme générale du pavillon, c’est-à-dire de composer sur un logiciel 3D avec les barres d’aluminium une structure. Une fois cette structure décidée, qui est a donc une forme très libre, chaque nœud est paramétré spécifiquement selon sa propre position géométrique, selon le nombre de barres concordantes à ce nœud, et selon les angles entre ces barres. Cette stratégie offre ainsi une très grande liberté de conception et permet des connexions optimisées. Les barres sont elles aussi uniques chacune a une longueur spécifique, en revanche elles sont découpées et non imprimées en 3D.
« Derrière le chaos apparent, une géométrie tétraédrique stricte est intégrée dans la structure du volume, comme une stratégie pour conférer stabilité et robustesse à l’ensemble du système. En outre, la structure légère sert également de support à trois plates-formes plates pleines de cinq mètres de long qui, planant à différentes hauteurs, présentent une sélection des travaux des étudiants », a déclaré des concepteurs de SUTD.
Afin de penser en amont à l’assemblage, chaque nœud ainsi que chaque barre ont été numérotées à la fois sur les éléments à imprimer en 3D et sur les plans et illustrations qui vont aider à l’assemblage.
Fabrication :
Pour la fabrication, 91 connecteurs générés par maquette 3D ont été imprimés : 19 en métal, et 72 en nylon.
L’assemblage, après impression des connecteurs, s’effectue en suivant le plan et la maquette 3D où toutes les barres et connecteurs ont été numérotés. Sur chaque « bras » de connecteur est imprimé le numéro de la barre correspondante.
Le pavillon, qui était une place centrale du hall de l’école à son ouverture, est maintenant devenu une pièce familière et « presque imperceptible » en raison de son faible rapport entre masse et volume. Il est tel que maintenant les visiteurs le traverse sans s’en rendre compte en traversant le hall.
Light printed : Un design paramétrique 3D pour illuminer une installation
A l’occasion du festival iLight Marina Bay à Singapour, les professeurs ayant réalisé le projet précédant ont repris le même système, mais en ajoutant des éléments lumineux. Il s’agit exactement du même principe de conception et de construction, à la différence que les barres ne sont plus en aluminium mais sont des tubes de polycarbonate de section carré et tous de dimensions standards, et que les nœuds connecteurs sont imprimés en ABS et en nylon. Ainsi, a l’intérieur de ces tubes de polycarbonate il a été possible de placer 50 000 ampoules LED. Ces lumières réagissent et s’allument selon les déplacements des personnes grâce à des capteurs ultrasons situés à la base de la structure. Grâce à sa légèreté de par le système et les matériaux utilisés, la structure qui repose sur trois piliers s’étend sur une longueur de 10 mètres. Il y a au total 150 nœuds et 715 tubes. En raison de ses caractéristiques élancées et robustes, l’installation peut résister à des contraintes de dilatation et de contraction, et absorbe même les forces externes telles que les charges de vent et les forces ponctuelles. Cela est également dû en partie à l’hyper-redondance du modèle qui fait converge dix tubes par nœud pour permettre la stabilité et la résistance.
Trussfab : Un plugin Sketchup afin de rendre accessible à tous la conception et construction de structure
Trussfab est un plugin Sketchup conçu par le chercheur Robert Kovacs et son équipe du Human Computer Interaction Lab de l’Institut Hasso Plattner à Potsdam, en Allemagne. Il s’agit d’un système de bout en bout permettant aux utilisateurs de fabriquer des structures robustes à grande échelle en utilisant des bouteilles en plastique et des connexions imprimées en 3D, ce qui les rend faciles et relativement rapides à construire. Trussfab permet donc de concevoir et de construire des structures à partir de bouteilles en plastique et de joints imprimés en 3D sans nécessiter un accès à un équipement spécialisé (hormis une imprimante 3D), ni de connaissances techniques spécifiques.
Trussfab traite les bouteilles en plastique comme des poutres, formant des triangles fermés qui se rejoignent pour former des fermes. Ces fermes sont les éléments de base de toute structure Trussfab. Des informations sur le calcul de structure incorporées dans le programme ,ce qui permet aux utilisateurs de valider leurs conceptions en utilisant l’analyse structurelle intégrée. Ainsi, les utilisateurs créer leur structure sur Sketchup, puis le plugin Trussfab valide ou non cette structure, puis convertie automatiquement le modèle 3D existant en une structure Trussfab.
Après la conception de la structure, Trussfab génère des fichiers 3D de tous les nœuds de connexion nécessaires, que les utilisateurs peuvent ensuite envoyer directement à une imprimante 3D. Dans ces nœuds, seront insérées les bouteilles en plastique. Tout comme le système étudié précédemment, des numéros sont gravés sur les nœuds afin de savoir ou se situe chacune des pièces et entre quel et quel nœud s’emboîte chaque bouteille. Les bouteilles en plastique sont de taille standard, précisée par Trussfab.
Trois étapes de fabrication :
1) Conception 3D sur Sketchup :
2) Conversion en un modèle Trussfab :
3) Construction :
Ainsi, avec uniquement le logiciel Sketchup, le plugin Trussfab, des bouteilles en plastique et une imprimante 3D de bureau, n’importe qui peut maintenant concevoir et fabriquer une structure à grande échelle capable de supporter le poids humain.
Lors de la récente conférence CHI’17 à Denver, l’équipe a construit un pavillon Trussfab conçu par l’architecte Oanh Lisa Nguyen Xuan, qui mesurait 5 m de haut, 1268 bouteilles et 191 nœuds imprimés en 3D. Il a fallu environ six heures pour assembler le pavillon sur le site.