Avec le succès grandissant des techniques d’impression 3D dans l’industrie de la construction, la fabrication additive est considérée comme un sujet de plus en plus populaire dans le secteur. Dans ce contexte, l’impression 4D devient une thématique de recherche d’intérêt permettant d’étendre les possibilités offertes par l’impression 3D. Le terme d’impression 4D a été utilisé pour la première fois en 2013 par Skylar Tibbits, un chercheur de Massachusetts Institute of Technology (MIT). Malgré des travaux fondateurs très prometteurs, les techniques et approches d’impression 4D demeurent très peu connues et leur potentiel d’application dans l’industrie de la construction reste inexploré.
Qu’est-ce que c’est ?
L’impression 4D se base sur les mêmes techniques que ceux utilisés dans l’impression 3D mais ajoute une 4éme dimension qui est le temps. Certains auteurs considèrent que cette 4éme dimension relève de l’ordre de l’intelligence, puisqu’une grande part du concept d’impression 4D revient à l’utilisation de matériaux intelligents. En effet, l’impression 4D se base essentiellement sur l’utilisation de matériaux intelligents ou de matériaux réactifs qui ont la capacité de changer leurs formes, leurs fonctions ou leurs propriétés avec le temps et après exposition à des stimuli. Ces stimuli peuvent être de nature physique ou chimique comme l’eau ou l’humidité, le changement de température, le taux de pH et la lumière, etc.
Éléments fondamentaux
Plus généralement, le concept d’impression 4D est résumé dans la littérature en cinq éléments fondamentaux que sont le processus AM, les stimuli, les matériaux réactifs, la modélisation mathématique et le mécanisme d’interaction.
Le processus AM est le processus qui permet de donner le composant physique nécessaire aux matériaux intelligents et réactifs dans le but de réagir à l’exposition aux stimuli et de changer de comportement ou de forme. Les stimuli sont les éléments capables d’activer les changements dans les matériaux réactifs. Les matériaux réactifs sont des matériaux qui peuvent changer de forme, de comportement ou de fonction en réaction à leurs expositions aux stimuli. La modélisation mathématique indique le design de la structure ayant la capacité de changer de forme, contenant plusieurs informations dont le type de changement de forme, les zones de déformation et la durée de l’effet. Le mécanisme d’interaction est la programmation de la déformation du matériau en une forme temporaire.
Types de changement de forme
Les changements de formes des matériaux intelligents lors de leurs expositions à des stimuli sont un des points principaux de la technologie de l’impression 4D. En effet, ces changements, qui sont généralement simples, contribuent à donner différentes formes et fonctions aux éléments imprimés 4D. De plus, il est important de programmer et d’utiliser deux ou plusieurs matériaux intelligents dans le même élément, tout en contrôlant la séquence de transformation, afin de créer une structure unique ayant la capacité de prendre diverses formes (Pei & Loh, 2018). En effet, l’un des matériaux intelligents idéals pouvant facilement changer et prendre différentes formes est le polymère à mémoire de forme, cela est dû à sa légèreté, sa rentabilité ainsi que sa flexibilité.
Potentiels d’utilisation dans la construction
Comme dans le domaine médical, aérospatial et la robotique, la nouvelle technologie d’impression 4D présentent un potentiel d’application important dans le domaine de la construction et de l’infrastructure. Cependant, l’impression 4D est une technologie assez récente qui n’est pas encore bien explorée dans plusieurs domaines, en particulier dans le domaine de la construction, néanmoins, il existe plusieurs recherches et études sur l’utilisation des matériaux intelligents et réactifs dans ce domaine.
