Architecture et impression 3D

Cet article sur le thème « Architecture et impression 3D » est sponsorisé par Creaform, un des leader mondiaux et pionnier des technologies de mesure 3D portables. Leur gamme Go!SCAN 3D line de scanners 3D portables permet de facilement capturer en 3D la forme d’objets de tout types. Le contenu de cet article n’a pas été modifié de sa version originale.

Architecture et impression 3D : les applications possibles

Deux types d’imprimantes 3D sont principalement utilisées en architecture, chacune permettant des applications différentes :

  • Des imprimantes 3D pour créer des modèles 3D à petit prix. Elles seront utilisées pour réaliser des études et estimations pendant les premières phases du processus de création.
  • Des imprimantes 3D pour fabriquer des modèles réalistes et précis. Ces modèles 3D sont souvent utilisés pour promouvoir un projet en présentant une maquette architecturale visuellement attirante.

Quels sont les avantages de l’impression 3D pour les architectes et l’industrie de l’architecture ?

Les maquettes d’architecture fabriquées à l’échelle prennent une place importante dans la réalisation de la plupart des projets architecturaux, elles agissent comme complément des simulations virtuelles 3D réalisées sur ordinateur. La fabrication additive permet de fabriquer facilement et de manière rentable des maquettes architecturales avec des imprimantes 3D. L’utilisation de l’impression 3D en architecture comporte de nombreux avantages tels que :

  • La réduction de coûts de fabrication des maquettes architecturales : l’impression 3D permet aux architectes et designers de créer des modèles architecturaux 3D très précis et peu onéreux. Il est par exemple possible d’imprimer en 3D différentes versions d’un même projet. Produire des modèles tangibles de futures constructions permet aux clients de mieux se représenter et visualiser les différentes phases de complétion.

  • Un gain de temps : au lieu de fabriquer à la main des maquettes en 3D, il est possible de les imprimer en 3D et de travailler en parallèle sur un autre projet pendant que l’imprimante 3D fait tout le travail. De nombreux cabinets d’architecture utilisent des imprimantes 3D en continu afin de produire de manière efficace des maquettes 3D pour leurs projets.
  • La possibilité de facilement modifier les maquettes 3D : si vous avez une nouvelle idée ou si votre client souhaite réaliser des modifications, vous pouvez simplement modifier le modèle 3D et le réimprimer. L’impression 3D est un outil parfaitement adapté pour la création de designs itératifs.
  • Un haut niveau de précision et l’option de pouvoir imprimer en couleurs : il est possible d’imprimer en 3D des modèles très détaillés et de choisir parmis une large gamme de matériaux (facteurs dépendants de l’imprimante 3D utilisée). Cela dit, imprimer en 3D des maquettes d’architecture requiert des touches de finition avant que les maquettes ne soient considérées comme prêtes. Il faut par exemple retirer les supports, nettoyer ou encore peindre le modèle imprimé en 3D.

 

Veuillez garder à l’esprit que la plupart des imprimantes 3D de bureau ne peuvent utiliser que des filaments en plastique comme consommable, ce qui limite l’apparence et les textures du modèle imprimé en 3D.

Imprimer en 3D des maquettes architecturales de manière rentable

Des modèles 3D architecturaux peu onéreux peuvent être fabriqués grâce à l’impression 3D, permettant ainsi de tester différents concepts et d’apporter des modifications en fonction des résultats. L’utilisation d’une imprimante 3D fiable avec une bonne résolution est essentielle notamment lorsque le modèle comporte de nombreux détails. Un large volume d’impression 3D peut s’avérer essentiel, particulièrement pour la création de grands modèles architecturaux tels que des plans de développement urbain. La technologie de Fused Deposition Modeling (FDM, aussi connue sous le nom de FFF) est parfaitement adaptée à l’impression 3D de modèles architecturaux avec des designs simples. La majorité des imprimantes 3D de bureau utilisent la technologie FDM/FFF et des filaments plastique comme matériau.
Architecture et impression 3D

Une impression 3D de San Francisco.

Améliorer la productivité

Le principal avantage de l’impression 3D pour ce type de maquettes relativement basiques est l’amélioration de la productivité.

Alors qu’il faut souvent compter en jours la réalisation d’une maquette à la main (en mousse ou en bois), l’impression 3D permet d’obtenir des résultats en quelques heures seulement ; idéal pour multiplier les tests et les comparaisons. Une imprimante 3D peut même fonctionner la nuit pour les maquettes les plus longues à imprimer.

Réduire les coûts de production

L’impression 3D permet de tester différents concepts dans les premières phases d’un projet et d’identifier des problèmes potentiels qui serait plus difficiles à remarquer avec des simulations sur ordinateur.

Pour ce type de maquettes architecturales, généralement utilisées pour mieux visualiser les volumes et la structure générale d’un édifice, il n’est pas nécessaire d’utiliser une imprimante 3D avec une très haute résolution et des matériaux de grande qualité. Ces modèles architecturaux 3D sont généralement imprimés en utilisant un seul type de matériau et un faible nombre de couleurs (généralement une seule), permettant ainsi de maintenir les coûts de production au minimum.

Le fabricant d’imprimantes 3D Stratasys affirme que les frais de modélisation peuvent être réduits de 75% grâce à l’utilisation de l’impression 3D.

architecture et impression 3D

Vue de chacune des couches du building pour montrer comment la maison est construite.

Imprimer en 3D des modèles architecturaux réalistes

L’impression 3D est souvent utilisée pour produire des maquettes architecturales impressionnantes afin de mieux promouvoir un projet et aider à la visualisation du produit final. En immobilier, ces modèles 3D peuvent être utilisés dans les premières étapes de construction afin de permettre aux acheteurs de mieux saisir l’aspect du projet une fois fini. Ce type de maquettes d’architecture requièrent des imprimantes 3D supportant :

  • une haute résolution d’impression 3D afin de produire des modèles détaillés.
  • une large gamme de matériaux d’impression 3D avec différentes propriétés et textures.
  • la possibilité d’imprimer en 3D en différentes couleurs (bien que la couleur soit généralement appliquée après la phase d’impression 3D).

Nous rappelons qu’il y a toujours une phase de traitement post impression 3D avant que le modèle imprimé ne soit prêt à être utilisé, particulièrement dans le cas de maquettes architecturales très détaillées et réalistes.

La technologie d’impression 3D PolyJet développée par Stratasys est parmis les plus adaptées pour les cabinets d’architecture souhaitant imprimer des modèles 3D complexes et solides.

Les imprimantes 3D utilisant des technologies d’impression 3D résines telles que les technologies SLA ou DLP sont souvent utilisées par les cabinets d’architecture afin de produire des modèles complexes avec un haut niveau de détails.

architecture et impression 3D

Impression 3D produit par ZPrinter.
Source : The Realization Group – Z Corporation/3D Systems

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Une impression 3D d’une maison.
Source : WhiteClouds.

Faciliter l’immersion en faisant une forte impression grâce à l’impression 3D

L’impression 3D de modèles architecturaux peut permettre de mieux visualiser la version finale d’un bâtiment ou autre projet architectural.

Quelques imprimantes 3D sont capables d’imprimer en 3D des terrains avec différentes couleurs et textures et de produire des résultats époustouflants.

Des modèles architecturaux réalisés à l’échelle permettent de mieux promouvoir un projet et d’attirer plus facilement des clients et investisseurs en faisant forte impression. L’impression 3D est un bon outil pour améliorer le processus de fabrication des maquettes architecturales, il restera une partie qui devra tout de même être réalisée de manière manuelle :

  • Lors de la phase de préparation, la personne en charge devra s’assurer que le modèle est optimisé pour l’impression 3D.
  • Dans les phases post traitement, il sera nécessaire de nettoyer, polir, assembler et peindre le modèle 3D.

Elaborer des structures complexes

Il est désormais possible de concevoir des maquettes architecturales de structures complexes, comme un dôme avec arches, presque impossible à réaliser manuellement.

MX3D et l’entreprise hollandaise de construction Heijmans ont récemment commencé à imprimer un pont en métal à Amsterdam.

En utilisant une technologie d’impression 3D innovante, leur système permet d’extruder du métal fondu (comme présenter dans la vidéo de droite). Toutefois, les imprimantes 3D n’ont pas vocation à remplacer les maquettistes mais bien à les accompagner en leur proposant un nouvel outil puissant.

Coût de l’impression 3D de maquettes architecturales

Les maquettes architecturales réalisées en 3D peuvent être fabriquées en interne ou sous-traitées à une société spécialisée dans la fabrication et impression 3D de modèles architecturaux. Le prix de l’impression 3D dépend de plusieurs facteurs tels que :

 

  • La taille du modèle : plus le modèle est grand, plus le processus d’impression 3D est long et la quantité de matériaux nécessaire importante, et de ce fait plus le prix est élevé.
  • Le niveau de détails exigé : imprimer en 3D un modèle extrêmement détaillé est plus long qu’un modèle simple avec peu de détails. En fonction du niveau de détail, il sera peut être nécessaire d’utiliser une imprimante 3D spécifique avec une haute résolution. De plus, le modèle nécessitera probablement plus de travail avant de pouvoir être envoyé à imprimer en 3D. De ce fait, plus le model est complex, plus son prix est élevé.
  • La qualité des matériaux utilisés : les matériaux de haute qualité et de composition exotiques avec des propriétés spécifiques sont coûteux (haute résistance, flexibles textures…). Le budget peut donc évoluer en fonction des matériaux utilisés.

Les meilleures imprimantes 3D pour les architectes et l’architecture

Les meilleures technologies d’impression 3D pour la fabrication de maquettes architecturales

The best 3D printers for architecture can be either FFF/FDM (using plastic filament materials) or SLA/DLP (using resin materials):

  • Extrusion 3D printing (FFF and FDM), using PLA or ABS filaments as consumables. Filaments are used by most desktop 3D printers and are perfectly suitable for 3D printing architectural models.
  • Resin 3D printing (SLA or DLP) is recommended to produce architectural models with a high level of details.

To select the best 3D printers for architects, it can be interesting to consider the following features:

  • a large build volume: one of the most important things in 3D printing architectural models is the build size. We listed the best desktop 3D printers with a large build volume. All the desktop 3D printers on this list are suitable for use in the architecture industry.
  • the ability to 3D print fine details: architectural 3D models often have a high level of details and thus the 3D printer used to build them should have a sufficient print resolution.
  • a wide choice of filaments: if you use an FFF 3D printer, it can be interesting to have access to a wide choice of compatible filaments (colors, exotic materials, physical properties…).
  • an good 3D software: this is particularly important if you’re new to 3D printing or have little experience on the subject, the 3D software used to prepare your 3D prints can make a big difference on the outcome in terms of quality and time spent, and ultimately drive the ROI of using 3D printing up or down.

LeapFrog Creatr HS XL

  • Volume d’impression 3D : 270 x 270 x 590 mm

La LeapFrog Creatr HS XL est une imprimante 3D rapide, grand volume et équipée de deux extrudeurs. Avec cette imprimante 3D, il est possible d’imprimer en 3D de grands et larges modèles 3D en deux couleurs ou avec des supports solvable. Cette imprimante 3D de bureau est parfaitement adaptée à un usage en architecture. Vous pouvez plus d’informations à propose de cette imprimante 3D sur la page produit de la LeapFrog Creatr HS XL.

 

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 Ultimaker 3 Extended

  • Volume d’impression 3D : 197 x 215 x 300 mm

  L’Ultimaker 3 Extended est capable d’imprimer en 3D différents matériaux tels que : PLA, PVA, ABS, CPE (aussi connu sous le nom de UPET), nylon. Cette imprimante 3D est bien connue du public et fiable. Elle offre une haute résolution de 20 microns et utilisé des filaments de 2,85 – 3 mm (moins communs que 1,75 mm). L’Ultimaker 3 Extended présente un double extrudeur et une caméra intégrée, permettant de contrôler les impressions 3D à distance. Avec son large volume d’impression 3D et sa haute résolution la Ultimaker 3 Extended est parfaitement adaptée pour la création de maquettes architecturales. Ce manufacturer Hollandais se focalise sur le marché de l’architecture depuis plusieurs années et leurs imprimantes 3D sont utilisées par des cabinets d’architecture à travers le monde. Si vous souhaitez trouver plus d’informations sur ce produit, vous pouvez visiter la page produit de la Ultimaker 3 Extended.

 

 

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Imprimantes 3D Stratasys

Stratasys a développé une gamme d’imprimantes 3D utilisant leur technologie propriétaire PolyJet spécialisées pour l’architecture. Ces imprimantes 3D ont un aspect plus industriel que les imprimantes 3D de bureau typiques. Stratasys vise les sociétés de fabrication et de design de maquettes architecturales recherchant de nouveaux moyens de production plus rapides et efficace.

Ces imprimantes 3D sont conçues pour le prototypage rapide et peuvent être utilisées avec des matériaux de haute précision.

 

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Imprimantes 3D pour l’architecture : prix

Il existe de nombreuses imprimantes 3D avec des caractéristiques qui répondent au besoin de l’industrie de l’architecture. Les prix commencent à quelques milliers d’euros pour une imprimante 3D grand volume pour atteindre plus de 10000$ pour des imprimantes 3D professionnelles, généralement utilisées pour des models architecturaux grand volume.

 

 

 

Les matériaux d’impression 3D pour l’architecture

Pour fabriquer des modèles architecturaux vous pouvez choisir parmis une large gamme de matériaux :  

  • ABS : le matériau le plus populaire pour la création de modèles architecturaux 3D. Les filaments ABS sont très communs et le prix des filaments entrée de gamme est peu élevé. La majorité des imprimantes 3D utilisées en architecture utilisent de l’ABS.
  • Polyamide (nylon plastic) : les modèles 3D sont fabriqués à partir de poudre et le rendu final est sableux et granulaire avec une surface légèrement poreuse.
  • Prime Gray : aussi connu sous le nom de “Gray Resin”, peut être utilisé pour imprimer en 3D des modèles très précis, le toucher final est très doux. Cependant la liberté de création est limitée par la structure nécessaire pour supporter le modèle pendant la phase d’impression 3D. Les couleurs peuvent être peintes sur le modèle imprimé en 3D.
  • Multicouleur : les modèles sont fabriqués à partir de poudre et le rendu final est une surface sableuse et granulaire. Parfait, si vous ne souhaitez pas peindre votre modèle 3D.
  • Résine transparente : les modèles sont fabriqués à partir d’une résine liquide durcissante. Avec, vous pouvez imprimer des parties pour peaufiner votre modèle 3D telles que des fenêtres.

 

Scanners 3D et logiciels 3D pour les architectes et l’architecture

 

 

Scanners 3D pour l’architecture

Les scanners 3D tiennent une place importante dans l’écosystème de l’impression 3D.

Ils trouvent leur application en architecture dans des domaines tels que le design intérieur. Il est possible de numériser en 3D un pièce à l’aide d’un scanner 3D et d’obtenir ainsi un modèle 3D modifiable sur l’ordinateur.

En effet, ces modèles virtuels de pièces, maisons, espaces commerciaux peuvent être édités à l’aide de logiciels spécialisés pour simuler différentes pièces de fourniture par exemple. Les agences immobilières font de plus en plus appel aux technologie de scan 3D pour proposer des visites virtuelles de leurs bien immobiliers à des acheteurs potentiels.

 

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Un scan 3D d’une chambre avec le détecteur de structure, un scanner 3D pour ipad.

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Le logiciel de découpages Sketchup de Trimble.

Certains architects repoussent encore plus loin les barrières du design 3D en créant leurs propres logiciels 3D.

Par exemple, l’architecte Frank Gehry a développé le “Digital Project”, un logiciel 3D conçu pour permettre la création de structures complexes, jusque là impossibles à designer sur des logiciels 3D traditionnels.

Logiciels 3D pour l’architecture

Quelque soit le type de modèle architectural 3D que vous voulez imprimer en 3D, la première étape sera de concevoir le modèle 3D sur votre ordinateur.

Certains logiciels dédiés à l’architecture offrent des options pour adapter les modèles à l’impression 3D.

Par exemple les modèles réalisés avec  Autocad (Autodesk), SketchUp (Trimble) ou HomebyMe (Dassault Systemes sont compatibles avec l’impression 3D.

Cependant certaines options spécifiques à l’impression 3D telles que les couleurs et les textures ne sont pas toujours disponibles dans ce logiciels 3D.

Case studies : The Sagrada Familia & HLA

 

 La Sagrada Familia

Selon la BBC, l’impression 3D pourrait permettre de finir la construction de la Sagrada Familia à Barcelone en Espagne, alors que les travaux de ce projet architectural moderne des plus ambitieux ont commencé il y a plus d’un siècle.

« Etant donné la complexité des surfaces et des formes du projet original de Gaudi, continuer de constuire en deux dimensions ne fait aucun sens d’un point de vue architectural » explique Jodi Coll, l’un des architectes en charge du projet.

 

En effet, des travaux architecturaux sont réalisés grâce à l’impression 3D grâce à sa rapidité et sa précision.

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Un modèle 3D de la Sagrada Familia.
Source : Le temple de l’Expiation Basílica de la Sagrada Família.

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Modèle 3D du coeur du jardin fleuri de l’hôpital Herlev par Henning Larsen Architects.

Henning Larsen Architects

Henning Larsen Architects (HLA) est une cabinet d’architecte basé à Copenhagen, à l’origine de projets tels que l’ambassade danoise de Riyad. Pour repousser les limites des possibilités de design en architecture, HLA a récemment investi dans des technologies de création de prototype en 3D. « Cette machine a rapproché les liens entre le réel et le monde digital grâce à la possibilité qu’elle offre d’imprimer en 3D des éléments de décors, et des modèles d’architecture dès le départ des projets. » explique Morten Steffensen, ingénieur à HLA.