Thèse de Xinrui Yang

Vers un processus d'automatisation de l'impression 3D dans la construction en environnement non contrôlé

La fabrication additive à base des matériaux dérivés du béton, également connue sous le nom d'impression 3D en béton (3DCP), a gagné de plus en plus d'attention dans l'industrie de la construction ainsi que dans le monde académique dans divers domaines de recherche, y compris les sciences des matériaux, l'automatique et la robotique. Cette technologie permet la fabrication de géométries complexes 3D, conçues suivant un dépôt continu couche par couche, en utilisant des matériaux de construction tels que le béton recyclé issu de déchets de démolition contenant des AFR (agrégats fins recyclables). Un système robotique est utilisé dans le processus d'impression pour guider une buse qui dépose du matériel le long d'une trajectoire définie. La plupart des technologies 3DCP sont effectuées dans des environnements contrôlés sans perturbations extérieures. Cependant, dans des environnements non contrôlés, des changements de température et d'humidité peuvent affecter considérablement les propriétés rhéologiques du béton frais, ce qui a un impact sur la qualité de l'impression. Plus précisément, le comportement du matériau change, ce qui fait dévier la largeur du filament du matériau de sa valeur souhaitée. Pour aborder le problème du contrôle/commande du processus d'impression 3D dans la construction dans des environnements non contrôlés, ce travail de thèse se concentre sur la compensation adaptative des écarts de largeur du filament de matériau pendant le dépôt. Le processus d'impression implique un compromis entre deux dynamiques différentes : un système dynamique rapide, à savoir le robot, qui est un système mécatronique, et un système dynamique lent, à savoir le pompage du matériel, qui est un système de mécanique des fluides. Ainsi, la question de recherche consiste à : Comment adapter la vitesse du robot d'impression le long de la trajectoire pour maintenir un dépôt de matériau continu et cohérent, sous les contraintes de courbure de la trajectoire, de largeur de filament de matériau souhaitée et de débit, tout en tenant compte des fluctuations de la température et de l'humidité externes. À cet effet, une approche intégrée a été proposée qui couvre l'ensemble du processus : pré-impression, impression et post-impression.

Jury

M. Rochdi MERZOUKI Université de Lille Directeur de thèse - M. Taha BOUKHOBZA Université de Lorraine Rapporteur - Mme Mitra FOULADIRAD Centrale Marseille Rapporteure - M. Sébastien REMOND Université d'Orléans Examinateur - M. Kamal YOUCEF-TOUMI Massachusetts Institute of Technology Examinateur - M. Abdelaziz BENALLEGUE Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines Examinateur - M. Othman LAKHAL Université de Lille Examinateur - Mme Aurélie DE BOISSIEU Université de Liège Examinatrice - Mme Agnès PETIT- MARKOWSKI MOBBOT Invitée.

Thèse de l'équipe SoftE soutenue le 30/11/2023