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Un dôme renforcé de fibres de carbone à l'université de Stuttgart

News International-French

3 Sep 2015

Les collaborateurs des instituts ICD et ITKE se sont inspiré des araignées pour construire une cloche renforcée par des fibres de carbone déposées par un robot Kuka.

Les collaborateurs des instituts ICD (Institut fuer Computational Design) et ITKE (Institut fuer Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen) ont réellement tiré leur inspiration de la nature. La manière dont le coléoptère construit ses nids sous l'eau a servi de modèle.

Sous l'eau, l'araignée construit un nid en forme de cloche qui est composé de fibres et qu'elle remplit d'air. Cette enveloppe d'air garantit la survie du coléoptère sous l'eau. Elle y dépose même ses œufs. Inspiré par cette structure unique en son genre, le pavillon de recherche était tout d'abord composé d'une enveloppe fine et souple en ETFE remplie d'air comprimé. Des fibres de carbone ont ensuite été collées de l'intérieur, étape par étape, avec l'aide d'un robot Kuka de la famille KR Quantec ultra.

Le résultat: une coque en fibres composites légère. Elle donne au pavillon sa forme architectonique. Etant donné que les fibres de carbone sont uniquement apposées là où elles sont nécessaires pour renforcer la construction et que la coque pneumatique sert simultanément d'enveloppe de bâtiment intégrée fonctionnelle, il s'agit ici donc d'un processus de construction ne produisant aucun déchet et ménageant de ce fait les ressources naturelles.

Un processus de fabrication robotique prototypique a été développé pour le positionnement des fibres de carbone sur la face intérieure de la feuille souple. Un défi tout particulier a ici été posé à la commande du robot: la rigidité de la coque pneumatique change pendant le processus de pose des fibres et contribue à des déformations fluctuantes. Afin d'adapter ce paramètre pendant le processus de fabrication, la position actuelle et la force de compression sont enregistrées par le biais de capteurs assimilés et intégrées en temps réel au contrôleur du robot. Un tel système cyber-physique permet une rétroaction constante entre les conditions de fabrication réelles et la génération numérique du code de commande du robot. Ceci représente non seulement un développement important dans le cadre de ce projet, mais permet également de présenter les nouvelles possibilités offertes pour les processus de construction robotiques.

Pendant la construction, neuf tratifils de fibres de carbone préalablement imprégnés avec une longueur totale de 45 km sur un chemin robotique de 5 km ont été parallèlement déposés à une vitesse moyenne de 0,6 m/min. Le pavillon comprend une surface de 40 m² env. et un volume de 130 m³ pour une portée de 7,5 m et une hauteur de 4,1 m. Le poids total est juste de 280 kg, ce qui correspond à une masse surfacique de 7 kg/m². Le pavillon est une interface entre la recherche des deux instituts et l'enseignement dans le cadre du cursus universitaire interdisciplinaire et international ITECH Master. Il est le résultat d'un travail de développement d'un an et demi réalisé par des scientifiques et des étudiants des cycles Architecture, Ingénierie et Sciences naturelles.




Plus d'informations: www.kuka-robotics.com

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