Les robots dans le domaine de l’architecture : Un robot KUKA fabrique des pièces pour un pavillon de l’exposition fédérale d’horticulture

Les robots dans le domaine de l’architecture sont une innovation : cela est également valable pour un robot KUKA qui fabrique des pièces pour un pavillon de l’exposition fédérale d’horticulture 2019. Le procédé de fabrication robotisé a été développé par un institut de l’université de Stuttgart. Ce procédé fait ressortir les avantages des robots de construction.

Procédé de fabrication robotisé dans l’architecture

L’Institute for Computational Design and Construction de l’université de Stuttgart (ICD) se consacre au développement de processus de conception et de construction assistés par ordinateur. L’accent est mis sur les possibilités d’utilisation de robots. Pour l’exposition fédérale d’horticulture de 2019 à Heilbronn, l’équipe du projet, composée du professeur Achim Menges ainsi que des assistants de recherche Christoph Zechmeister, Serban Bodea et Niccolo Dambrosio, a conçu un pavillon dont l’ensemble est composé de pièces en fibre de carbone enroulées. Le procédé de fabrication robotisé des pièces légères a été réalisé à l’aide de deux produits KUKA. Le robot KUKA de type KR 210 R3100 QUANTEC place les faisceaux de fibres autour de deux dispositifs d’enroulement fixés aux positionneurs du KP1-HC. Le constructeur de l’installation, la société BEC GmbH, a intégré les robots auprès de l’ICD.

Bien enroulée : vue de près, la structure complexe du pavillon est facilement reconnaissable.

De nouvelles solutions pour l’architecture innovante à l'aide de robots

Le pavillon est composé de 60 pièces pouvant atteindre une taille de 6 mètres. La particularité de ce procédé de fabrication robotisé : malgré leur taille, les éléments n’ont pas de noyau pour déposer les fibres. « La construction portante est composée exclusivement de pièces en matériau composite renforcé de fibres. Celles-ci, composées de fibres de verre et de carbone ininterrompues, sont enroulées par des robots de construction. », explique Christoph Zechmeister. Les pièces sont fabriquées par la société FibR GmbH. D’après Moritz Dörstelmann, associé-gérant : « La construction est d’une telle complexité que seul le procédé de fabrication robotisé peut la réaliser. ». La société FibR GmbH est spécialisée dans la réalisation de structures en matériau composite renforcé de fibres performantes et expressives à l’aide d’une technologie de conception et de fabrication numérique.

Précision et répétabilité - le robot de construction adapte chaque élément de façon individuelle.

Procédé de fabrication robotisé pour une production de pièces innovante

Pour la production des pièces, la société FibR GmbH propose un procédé de fabrication robotisé. Deux dispositifs d’enroulement sont fixés sur deux positionneurs KUKA de TYPE KP1-HC. La cinématique des deux positionneurs est couplée l’une avec l’autre à l’aide d’un tube d’acier. L’axe horizontal ainsi formé est à rotation sans fin et permet aux dispositifs d’enroulement d’effectuer des mouvements simultanés. Cette liberté de mouvement est indispensable pour le procédé de fabrication robotisé. Elle permet à l’effecteur terminal du robot KR QUANTEC de bénéficier d’une accessibilité optimale. Les bobines de fibre sont fixées au bras du robot de construction. Les faisceaux de fibres sont tout d’abord imprégnés avant d’être soumis à un réglage de tension et d’être amenés à l’effecteur terminal. Pour finir, l’effecteur place les faisceaux autour des points d’accrochage des dispositifs d’enroulement.

Impressionnant: Le pavillon terminé à l’exposition fédérale d’horticulture de Heilbronn.

Avantages des robots dans le secteur de la construction

Grâce à la précision et la répétabilité des robots de construction, les pièces peuvent être adaptées de façon individuelle. « Les étapes de fabrication des 60 éléments sont générées directement à partir du modèle numérique », explique Christophe Zechmeister. Pour la configuration de l’application, l’Engeneering Suite KUKA.WorkVisual a été utilisée. Avec le procédé de fabrication robotisé, il est possible de produire des constructions en matériau composite renforcé de fibres très répandues, tout en faisant des économies d’argent et de matériel. Le potentiel des robots de construction réside dans la flexibilité et la modularité des configurations de production ainsi que dans la grande qualité des pièces. « Grâce au procédé de fabrication robotisé, nous avons pu réduire la consommation de ressources dans le secteur de la construction. Mais il permet également de réaliser de nouveaux projets architecturaux passionnants. », déclare Moritz Dörstelmann.

Dans le domaine de l’architecture, les robots viabilisent de toutes nouvelles formes de pièces.

Le procédé de fabrication robotisé permet d’implémenter des séquences de mouvements discrètes lors de la fabrication de pièces et de réduire la complexité du processus.

Christoph Zechmeister, assistant de recherche à l’ICD