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Coordinateur : Institut Interuniversité des Silicates, sols et matériaux
Partenaires : Rochdi Merzouki Université de Lille CRIStAL
Équipe : SoftE du Groupe Thématique : ToPSyS.
Dates : 01/10/2024 - 01/10/2028
Résumé :
La nouvelle révolution industrielle mêlant robotisation, digitalisation des procédés, intelligence artificielle, réalité augmentée ou big data est en train de métamorphoser en profondeur l’image du travail à l’usine ou sur un chantier dans de nombreux secteurs. Celui de la construction n’y échappe pas avec l’émergence de l’impression 3D de bétons. Cette technologie de fabrication additive appliquée à ces matériaux offre de nouvelles perspectives en termes de design de pièces ou d’édifices tout en contribuant à abaisser les coûts de production notamment via la rapidité du procédé de fabrication.
D’un point de vue écologique elle permet de diminuer les déchets de chantier en supprimant les moules/coffrages. L’adoption de cette technologie dans ce domaine permettrait d’accroitre la compétitivité des entreprises du secteur.
Dans la zone transfrontalière Interreg FWVL, le tissu industriel du secteur de la construction au sens large du terme, c’est-à-dire aussi bien dans le secteur du bâtiment et travaux publics (BTP) que dans celui des constructions spécialisées telles que les ouvrages en matériaux réfractaires, rassemble principalement des PME. Pour rester compétitives celles-ci restent sur une stratégie de baisse des coûts de production plutôt que sur une stratégie par l’innovation et la diversification de leur production. Cela est dû à une peur de prise de risque en investissant dans l’innovation mais aussi à un manque de moyens humains et financiers.
Dans le domaine de l’impression 3D de bétons, la réalisation de projets d’innovation englobant aussi bien le développement de formulations d’encres cimentaires, de méthodes de caractérisation que la réalisation de démonstrateurs 3D en remplacement d’éléments réalisés de manière conventionnelle, aideraient ces PME à minimiser les risques au niveau de leur investissent dans ce type d’innovation.
C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet 3DFORMWORKS. Celui-ci cible la réalisation de pièces de forme complexe dans le domaine du BTP et du réfractaire par technologie d’impression 3D pour la conception de la forme extérieure de la pièce en réalisant un "coffrage permanent" en encre cimentaire. Dans celui-ci sera ensuite coulé un béton traditionnel (BTP ou réfractaire). Cette méthode de production serait une alternative à la technique conventionnelle par moulage. Les coûts de production en seraient abaissés et la productivité augmentée. De plus, le projet 3DFORMWORKS vise également la formulation d’encres cimentaires "bas carbone" par l’utilisation de matières alternatives. Cela contribuera à la décarbonation de ces PME en proposant des produits environnementalement plus vertueux tout en réduisant les déchets de chantier. Le projet s’attache également à l’optimisation du procédé d’impression 3D d’encres cimentaires par la recherche des paramètres machines optimaux en fonction du degré de complexité de la pièce et des conditions extérieures. L’étude de la stabilité des structures en cours d’impression numérique fait aussi partie du programme de recherche de 3DFORMWORKS.
Au fur et à mesure des avancées techniques du projet, des ateliers interactifs ainsi que des séminaires thématiques seront organisés au profit des entreprises de la zone Interreg FWVL visant ainsi à favoriser le transfert de connaissances et de compétences du monde de la recherche vers celui de l’industrie. Des pièces de démonstration et/ou des études de cas seront aussi réalisées.
Pour rencontrer les attentes du projet, les centres INISMa et BUILDWISE en Belgique ainsi que les laboratoires universitaires IMT Nord Europe, CRIStAL et LaMé en France ont décidé d’opérer en synergie afin de tirer profit de leur expertise et complémentarité autour de la technologie d’impression 3D de bétons. Le pôle de compétitivité TEAM2 (FR) assistera ces entités de recherche pour la dissémination et la valorisation des travaux issus du projet auprès des industriels cibles avec l’aide des pôles de compétitivité GREENWIN et MECATECH (BE), de la fédération FEREDECO (BE), de l’ULiège (BE), du CERIB (centre de transfert technique, FR) ainsi que du groupement du béton vert en Belgique (GBV, BE) et de l’Agence provinciale de développement de la Flandre occidentale en Belgique (POM West-Vlaaderen).
Ce projet ambitionne donc d’une part d’accompagner les entreprises du secteur du BTP et des matériaux réfractaires dans leur processus de mutation technologique en atténuant les risques qu’elles pourraient prendre en investissant dans ces nouvelles technologies de production et le développement de nouveaux matériaux. D’autre part, il vise à renforcer les capacités d’innovation dans ce domaine et dans la zone de coopération via le regroupement de centres d’excellence autour de l’impression 3D de béton.
Abstract :
The new industrial revolution, combining automation, digitalization of processes, artificial intelligence, augmented reality, and big data, is deeply transforming the image of work in factories or on construction sites in various sectors. The construction industry is not an exception, with the emergence of 3D concrete printing. This additive manufacturing technology applied to these materials offers new perspectives in terms of part or building design while contributing to lowering production costs, notably through the speed of the manufacturing process. From an ecological perspective, it helps to reduce construction site waste by eliminating moulds/fromworks. The adoption of this technology in this field would enhance the competitiveness of industries in this sector.
In the cross-border Interreg FWVL area, the industrials of the construction sector in the broadest sense, including both the building and public works (BTP) sector and specialized constructions such as refractory materials, mainly consists of SMEs. To remain competitive, they search to reduce production costs rather than to focuse on innovation and diversification of their production. This is due to a fear of taking risks by investing in innovation as well as a lack of human and financial resources.
In the field of 3D concrete printing, carrying out inovation projects encompassing the development of cement ink formulations, characterization methods, and the creation of 3D demonstrators to replace conventionally manufactured preshaped parts or buildings would help these SMEs to minimize risks in their investment in this type of innovation.
This is within this framework the 3DFORMWORKS is contextualised. Its target is to produce complex-shaped parts in the field of construction and refractory materials using 3D printing technology for the outside shape of the part by creating a "stay-in-place framwork" with cement ink. Traditional concrete (BTP or refractory) is then casted into this formwork. This production method would be an alternative to the conventional moulding technique. It should lower production costs and increase productivity. Additionally, the 3DFORMWORKS project also aims to formulate "low carbon" cement inks through the use of alternative materials. This will contribute to the decarbonization of these SMEs by offering more environmentally friendly products while reducing construction site waste. The project also focuses on optimizing the 3D printing process of cement inks by researching the optimum machine parameters based on the complexity of the part and external conditions. The study of structure stability during printing using numerical simulation is also a part of the research program of 3DFORMWORKS.
With the technical progresses of the project, interactive workshops and thematic seminars will be organized for the benefit of companies in the Interreg FWVL area, aiming to faciliate the knowledge transfer and skills from the research world towards the industrial one. Demonstration parts and/or case studies will also be carried out.
To meet the project’s expectations, the INISMa and BUILDWISE centres in Belgium, as well as the university laboratories IMT Nord Europe, CRIStAL, and LaMé in France, have decided to work in synergy to leverage their expertise and complementarity in the field of 3D concrete printing technology. The competitiveness cluster TEAM2 (FR) will assist these research entities for the dissemination and valorisation of the project results towards the targeted industries with the support of the competitiveness clusters GREENWIN and MECATECH (BE) with FEREDECO (BE) federation, ULiège (BE) and CERIB (technic transfert centre, FR), as well as the Green Concrete Group in Belgium (GBV, BE) and the Provincial Development Agency of West Flanders in Belgium (POM West-Vlaaderen, BE).
Therefore, this project aims, on the one hand, to support companies in the construction and refractory materials sector in their technological transformation process by mitigating their risks by investing in these new production technologies and the development of new materials. On the other hand, it aims to strengthen innovation capacities in this field and in the cooperation zone through the collaboration of excellence centres in 3D concrete printing.