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Assemblage assisté par robot de structures porteuses complexes en bois

 

Les robots permettent d’assembler d’une manière précise et économe en ressources des bois de moindre qualité pour former des structures porteuses en bois complexes. L’équipe de recherche a utilisé plusieurs prototypes à l’échelle 1:1 pour analyser les répercussions que les procédés numériques de conception et de fabrication peuvent avoir sur la construction en bois du futur.

Description du projet (projet de recherche terminé)

Le projet fournit les données élémentaires nécessaires à la conception assistée par ordinateur et à la fabrication robotisée de structures porteuses complexes en bois. Ces enseignements sont déterminants pour toute la filière bois, car ils ouvrent la voie à de nouvelles applications. En outre, l’idée innovante d’utiliser et d’associer divers outils numériques et informatiques favorise l’évolution de la fabrication numérique dans l’ensemble de la branche du bâtiment.

Contexte

La raréfaction des ressources mondiales rend d’autant plus urgente l’optimisation de leur exploitation. Dans ce contexte, la fabrication robotisée de structures porteuses complexes en bois constitue une possibilité. Cette méthode permet de réaliser des structures porteuses de géométrie variable avec précision et efficience. Elle confère en outre une dimension durable à la fabrication d’éléments complexes en bois.

Objectif

L’équipe de recherche visait en premier lieu le développement de stratégies de construction novatrices qui sont conjuguées à des méthodes de fabrication adaptées pour permettre la conception assistée par ordinateur et l’assemblage robotisé de structures porteuses complexes. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé des éléments simples et courts en bois massif. En effet, il s’agit là de composants disponibles en grande quantité qui peuvent être assemblés de façon précise et efficace à l’aide de robots industriels afin de constituer des structures porteuses complexes.

Importance/application

L’importance de ce projet de recherche réside principalement dans son approche résolument pratique. En utilisant une technique industrielle (appliquée) de fabrication et des procédés, les chercheurs ont obtenu de nouvelles données mesurables et vérifiables qui sont essentielles pour l’industrie de transformation du bois.

Résultats

S’appuyant sur une liste de critères, les chercheuses et chercheurs ont mis au point un procédé de conception et de fabrication numérique qui sert à explorer des techniques de construction novatrices. Ils ont alors transposé les résultats ainsi obtenus en construisant plusieurs maquettes grandeur nature. Celles-ci fournissent les bases analytiques nécessaires pour caractériser avec précision de nouveaux procédés de fabrication robotisés et les transposer avec efficacité à l’échelle industrielle.

Le fait que les jonctions en about simples et géométriques se prêtent particulièrement bien aux processus de construction séquentiels et robotisés des structures porteuses constituées de petits éléments figure au centre des découvertes scientifiques récentes. Une nouvelle technique de collage a donc été développée pour les joints bout à bout. Elle peut non seulement être largement automatisée, mais permet en outre une forte variabilité géométrique de l’assemblage lui-même. Afin d’améliorer la capacité de charge de l’assemblage collé, les surfaces de celui-ci peuvent faire l’objet d’un traitement mécanique, par exemple d’un fraisage conique.

Sur la base de cette technique d’assemblage, les chercheuses et chercheurs ont développé des typologies et approches de structures porteuses correspondantes, dont la conception a pu être étudiée à l’aide d’outils de modélisation assistés par ordinateur spécialement mis au point à cet effet. Ces outils peuvent à leur tour être intégrés dans un flux de travail numérique continu afin d’évaluer la portance de la structure. Le processus de fabrication additionnel qui en découle dépend largement de l’exactitude du positionnement de l’élément et de sa géométrie. Afin de le perfectionner, une méthode de numérisation spéciale – consistant à mesurer préalablement chacun des éléments en bois afin d’atteindre la précision nécessaire à la construction – lui a été adjointe.

Titre original

Robot-assisted assembly of complex timber structures

Responsables du projet

  • Prof. Matthias Kohler, Professur Gramazio & Kohler, Architektur und Digitale Fabrikation, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
  • Prof. Fabio Gramazio, Professur Gramazio & Kohler, Architektur und Digitale Fabrikation, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
  • Prof. Eduard Bachmann, Architektur, Holz und Bau, Berner Fachhochschule, Biel
  • Prof. Christophe Sigrist, Architektur, Holz und Bau, Berner Fachhochschule, Biel

 

 

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 Contact

Prof. Matthias Kohler Gramazio Kohler Research
Architecture and Digital Fabrication
ETH Zurich
Stefano-Franscini-Platz 1 8093 Zürich +41 44 633 49 06 kohler@arch.ethz.ch