Architecture et impression 3D : quelles applications ?

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 :

Réduction des coûts de fabrication

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.

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.

Design itératif facilité

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.

Haut niveau de précision

Il est possible d’imprimer en 3D des modèles très détaillés et de choisir parmi 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.

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.

Les imprimantes 3D de résine peuvent être un meilleur choix lorsqu’il s’agit d’imprimer des modèles 3D ayant beaucoup de petits détails. Il existe même des imprimantes 3D résine grand format pour allier précision et volume.

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.

Architecture et impression 3D
Une impression 3D de San Francisco.

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 seraient 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 post-traitement avant que le modèle imprimé ne soit prêt à être utilisé, particulièrement dans le cas de maquettes architecturales très détaillées et réalistes.

Les imprimantes 3D utilisant des technologies d’impression 3D résine 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.

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

Faciliter l’immersion en faisant une forte impression

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

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 notamment imprimé un pont en métal à Amsterdam.

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 nécessaires importante, et de ce fait plus le prix est élevé.
  • Le niveau de détail 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.
  • La qualité des matériaux utilisés : les matériaux de haute qualité et de composition exotiques avec des propriétés spécifiques sont coûteux (haute résistance, textures flexibles, …). 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

Les meilleures imprimantes 3D pour l’architecture peuvent être soit FFF/FDM (matériau sous forme de filament) soit SLA/DLP (matériau sous forme de résine) :

  • Impression 3D par extrusion (FFF et FDM), utilisant des filaments PLA ou ABS comme consommables. Ces filaments sont utilisés par la plupart des imprimantes 3D de bureau et conviennent parfaitement à l’impression 3D de modèles architecturaux.
  • L’impression 3D par résine (SLA ou DLP) est recommandée pour produire des modèles architecturaux avec un haut niveau de détails.

Caractéristiques à garder en tête

  • Grand volume d’impression : l’un des éléments les plus importants dans l’impression 3D de modèles architecturaux est le volume d’impression. Découvrez notre sélection des meilleures imprimantes 3D de bureau avec un grand volume d’impression.
  • Capacité d’imprimer des détails fins : les modèles 3D architecturaux présentent souvent un niveau de détail élevé et l’imprimante 3D utilisée pour les construire doit donc avoir une résolution d’impression suffisante.
  • Large choix de filaments : si vous utilisez une imprimante 3D FFF, il peut être intéressant d’avoir accès à un large choix de filaments compatibles (couleurs, matériaux exotiques, propriétés physiques…).
  • Logiciel 3D intuitif : ceci est particulièrement important si vous débutez dans l’impression 3D. Le logiciel 3D utilisé pour préparer vos impressions 3D peut faire une grande différence sur le résultat en termes de qualité et de temps passé.

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.

Une imprimante 3D FFF grand format d’entrée de gamme peut coûter aux alentours de quelques centaines d’euros, tandis que les meilleures imprimantes 3D professionnelles grand volume coûtent plusieurs milliers d’euros.

Il existe également un grand choix d’imprimantes 3D résine pas chères, d’imprimantes 3D résine professionnelles, et enfin d’imprimantes 3D résine grand format.

Pour les modèles les plus complexes, il est aussi possible d’opter pour une imprimante 3D SLS de bureau (impression à partir de plastique en poudre à l’aide d’un laser).

3d printing for architecture
Un projet architectural imprimé en 3D.

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.
  • Polyamide (plastique nylon) : 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. Matière parfait pour ensuite peindre le modèle imprimé en 3D.
  • “Full-color” : bien qu’il ne s’agisse pas d’un matériau à proprement parler, l’impression 3D couleur (dite “full-color”) permet de reproduire des couleurs photoréalistes.
  • 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 une pièce à l’aide d’un scanner 3D et d’obtenir ainsi un modèle 3D modifiable sur l’ordinateur.

Les scanners laser 3D terrestres peuvent être utilisés pour capturer un bâtiment entier avant de travailler sur un projet de rénovation, par exemple, ou pour voir l’évolution d’un chantier de construction sur différentes périodes. Les systèmes de cartographie mobile d’intérieur peuvent être utilisés pour cartographier une pièce en vue d’une nouvelle conception ou d’une installation sur mesure.

Par ailleurs, les agences immobilières ont de plus en plus recours à la numérisation 3D d’intérieur pour proposer des visites virtuelles des bâtiments aux acheteurs ou locataires potentiels.

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Scan 3D d’une pièce.

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 Systèmes) sont compatibles avec l’impression 3D.

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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.

Études de cas : La Sagrada Familia et 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. »

Jodi Coll, l’un des architectes en charge du projet.

En effet, des travaux architecturaux sont réalisés en 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.

Henning Larsen Architects

Henning Larsen Architects (HLA) est une cabinet d’architecture 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 décor, et des modèles d’architecture dès le départ des projets. »

Morten Steffensen, ingénieur à HLA.
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Modèle 3D du coeur du jardin fleuri de l’hôpital Herlev par Henning Larsen Architects.