Brevet FR3034116A1 — publié le 20160930

-1- La présente invention concerne un procédé pour construire des bâtiments d'habitation par impression 3D et plus spécifiquement à l'aide de coffrages en matériaux minéraux réalisés par impression 3D destinés à être remplis par des matériaux liquides ou ductiles. La construction traditionnelle de bâtiments est un procédé couteux et long d'assemblage méthodique de matériaux assurant le clos et le couvert. La construction par impression 3D directe permet de réduire 10 le cout et le temps des procédés traditionnels. Le procédé selon l'invention permet de répondre aux différentes problématiques exposées tout en répondant à des enjeux normatifs, d'efficience énergétique et d'écologie. Les coffrages s'adapteront à n'importe quelle singularité 15 architecturale: régionale française ou internationale, en offrant un produit fini, personnalisé et unique. Le procédé est basé sur l'impression 3D par double extrusion d'une part d'un matériau soluble de type polystyrène et d'autre part de matériaux minéraux permettant la réalisation 20 des différentes parties constitutives du futur bâtiment. Pour les matériaux sous forme de granulés de type élastomères, polychlorure de vinyle et acide polylactique, ils sont transformés en filaments consommables pour l'imprimante 3D à l'aide d'une extrudeuse. Quant aux 25 matériaux minéraux, ils répondent aux contraintes de mise en forme permettant eux aussi leur impression. La conception assistée par ordinateur permet la modélisation des différentes parties de la construction. Les modèles ainsi réalisés sont importés au format STL pour 30 permettre leur impression 3D. Les imprimantes à double extrusion utilisées sont des imprimantes à la dimension des futurs éléments constitutifs des bâtiments. 3034116 -2- Le matériau soluble est un support d'impression permettant la réalisation de parties en surplomb, en porte à faux ou creuses. La dissolution du matériau soluble à l'aide d'un procédé 5 chimique adéquat au moyen de l'Acétone ou du Limonène permet la création de coffrages creux, ergotés, et laissant apparaitre portes, fenêtres et autres ouvertures. Le mélange du support soluble et de l'agent chimique permettant sa dissolution, est distillé pour permettre la 10 séparation et le recyclage des deux éléments du mélange. Les coffrages suivent une chaine de production afin de les pré-équiper d'armatures en acier, en parements extérieurs et intérieurs et en installations sanitaire et électrique. Les différentes parties de la construction sont apportées 15 sur chantier puis assemblées au moyen d'ergots horizontaux, orthogonaux et obliques. Puis l'ensemble des parties et en particulier les coffrages sont remplis sur site à l'aide de matériaux ductiles ou liquides permettant la réalisation de la construction d'un 20 seul tenant. Les dimensions des coffrages sont seulement limitées au transport de ceux-ci en adéquation avec le code de la route. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente la molécule de polystyrène. 25 La figure 2 représente les molécules de Limonène et d'Acétone. La figure 3 représente en vue isométrique et filaire, le coffrage d'infrastructure mâle. La figure 4 représente en vue isométrique l'assemblage des 30 deux coffrages d'infrastructure mâles et femelles. La figure 5 représente en vue isométrique et filaire, le coffrage de superstructure d'étage mâle. 3034116 -3- La figure 6 représente en vue isométrique l'assemblage des coffrages de superstructure d'étages mâles et femelles entre eux et leur assemblage sur les coffrages d'infrastructure. La figure 7 représente en vue isométrique et filaire, le 5 coffrage d'infrastructure pignon-plancher mâle. La figure 8 représente en vue isométrique l'assemblage des coffrages de superstructure pignon-plancher mâles et femelles et leur assemblage sur les coffrages inférieurs. La figure 9 représente en vue isométrique et filaire, la 10 toiture mâle. La figure 10 représente en vue isométrique l'assemblage des toitures mâles et femelles et leur assemblage sur les coffrages inférieurs. En référence à ces dessins le dispositif comporte les 15 coffrages d'infrastructure (01-a, 01-b), les coffrages de superstructure d'étages (02-a, 02-b), les coffrages de superstructure pignons-planchers (03-a, 03-b) ainsi que les deux pièces mâle et femelle de la toiture (04-a, 04-b). Ils sont réalisés par une impression 3D à double extrusion 20 qui imprime simultanément le matériau minéral du coffrage ainsi qu'un matériau soluble de type polystyrène à résistance élevée aux chocs (p) de formule brute C8H8. Les coffrages sont ensuite mis en contact avec un agent chimique de type Limonène (n) ou Acétone (o) pour dissoudre le support 25 d'impression soluble et rendre les coffrages opérationnels. Les ergots se composent d'ergots mâles d'angle (eml), de cotés (em2), orthogonaux (em3) et obliques (em4) ainsi que d'ergots femelles d'angles (efl), de cotés (ef2), orthogonaux (ef3), et obliques (ef4) permettant 30 l'emboitement des différents coffrages ou autres pièces, les unes avec les autres. Ils sont situés en partie supérieure et inférieure des coffrages et pièces. Les ergots d'angle (eml, efl) sont situés à chaque angle 35 décrit par le coffrage ainsi qu'en différents points des 3034116 -4- côtés (em2, ef2) du coffrage afin de reprendre au mieux les efforts de compression des différents coffrages ou pièces emboitées successivement. Les ergots orthogonaux (em3, ef3) sont situés sur les flancs 5 latéraux des coffrages et permettent d'unir différents coffrages d'un même niveau. Les ergots obliques males (em4) sont situés en partie supérieure des coffrages de superstructure pignon-plancher. Les ergots d'assemblages obliques femelles (ef4) sont situés 10 en partie inférieure des deux pièces de la toiture La disposition respective des différents ergots en partie supérieure ou inférieure ne doivent pas se trouver en surplomb ou en dessous des fenêtres, portes et autres ouvertures des coffrages. 15 Des supports de maintien (c) faisant partie intégrante du coffrage réalisé par impression 3D sont disposés autour des portes, fenêtres et autres ouvertures, afin de permettre la pose d'armatures en acier et de maintenir une distance minimale d'enrobage vis-à-vis du parement extérieur et de 20 ces armatures en acier. Des diabolos de jonction entre les pans du coffrage de type cylindre ou hyperboloïde à une nappe (dl, d2) faisant partie intégrante du coffrage réalisé par impression 3D, sont disposés aux endroits ou le coffrage travaille le plus lors 25 du coulage. La largeur de leur base augmente lorsqu'on est proche de la base du coffrage et diminue lorsqu'on s'approche du sommet du coffrage. Les diabolos permettent le maintien des parois du coffrage et ont une entaille (f) en leur centre de symétrie, permettant la disposition d'armatures 30 longitudinales. Leur disposition ne doit pas coïncider avec les différents niveaux des portes, fenêtres et autres ouvertures, en laissant un dégagement latéral suffisant de part et d'autre des portes, fenêtres et autres ouvertures. Des crochets orientés vers le haut, ne gênant pas 35 l'emboitement des différents coffrages, inhérents aux coffrages et autres pièces constitutives du bâtiment sont 3034116 -5- disposés aux angles des coffrages et autres pièces pour permettre leur élingage. Des opercules supérieurs (b1) et inférieurs (b2) de diamètre compris entre 5 cm et 10 cm permettent la pose et l'ancrage 5 des armatures longitudinales et transversales. Ils coïncident avec les entailles des diabolos. Des opercules sont situés à chaque angle en partie supérieure et inférieure (b3). Des renforts d'angles arrondis inhérents aux coffrages 10 réalisés par impression 3D sont disposés à chaque angle permettant de de faire la jonction entre les deux pans du coffrage, réduisant ainsi les efforts résultants travaillant sur les angles. A la suite du terrassement, de l'excavation, de la pose du 15 ferraillage et de la réalisation d'un béton de propreté, les coffrages d'infrastructure sont fixés au béton de propreté par une fine couche de mortier colle (m). Les coffrages d'infrastructure disposent d'ouvertures pour effectuer le raccordement sanitaire (k) et l'accès à la superstructure 20 (1). Une fois l'ensemble des coffrages (01-a, 01-b, 02-a, 02-b, 03-a, 03-b) assemblés, le coulage s'effectue par la partie supérieure des coffrages (03-a, 03-b). Une fois l'ensemble des coffrages coulés d'un seul tenant, sont disposées les 25 pièces de la toiture. Les coffrages d'infrastructure (01-a, 01-b) et de superstructure pignon-plancher (03-a, 03-b) sont des coffrages ouverts au niveau des planchers (e) pour disposer les armatures en acier de type treillis soudés sur 30 l'ensemble de la surface des planchers et les ancrer avec les armatures horizontales. Au moment du coulage, à chaque fois que les matériaux de coulage atteignent le niveau supérieur d'un plancher, le coulage est arrêté le temps d'un séchage suffisant pour rigidifier le plancher concerné avant 35 de continuer le coulage dans les coffrages supérieurs. 3034116 -6- Le procédé selon l'invention est particulièrement destiné à la construction de bâtiments d'habitation. REVENDICATIONS1) Procédé pour construire des bâtiments par impression 3D caractérisé en ce qu'il repose sur une impression 3D de coffrages par double extrusion, d'une part d'un matériau support de type polystyrène (p) et d'autre part d'un matériau minéral. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les coffrages sont rendus creux au moyen d'un agent chimique de type Limonène (n) ou Acétone (o) qui solubilise le matériau support de type polystyrène (p), puis assemblés et remplis d'un seul tenant par des matériaux de construction ductiles ou liquides. 3) Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le mélange de l'agent chimique (n) et du matériau support (p) est ensuite distillé pour être recyclé. 4) Coffrage obtenu par le procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé en ce que les coffrages creux (01-a, 01-b, 02-a, 02-b, 03-a, 03-b) sont munis d'ergots males (eml, em2, em3, em4) et femelles (efl, ef2, ef3, ef4) permettant leur assemblage. 5) Coffrage selon la revendication 4 caractérisé en ce que les coffrages creux (01-a, 01-b, 02-a, 02-b, 03-a, 03b) comportent des opercules supérieurs (pl), inférieurs (b2) et d'angles (b3) pour la mise en place d'armatures. 6) Coffrage selon la revendication 4 caractérisé en ce que les coffrages creux (02-a et 02-b) comportent des supports de maintien d'armatures (c) et des diabolos (dl et d2) entre les parois des coffrages. 7) Coffrage selon la revendication 6 caractérisé en ce que les diabolos (dl et d2) entre les parois des coffrages creux, sont pourvus d'entailles (f) en leur centre de symétrie pour disposer des armatures.