TITRE DE L’INVENTION : SYSTÈME D’EXTRUSION DE MATERIAU DE CONSTRUCTION ÉQUIPÉ D’UN DISPOSITIF DE MESURE DE LA LARGEUR DES CORDONS EXTRUDÉS

Domaine technique de l’invention

L’invention concerne la fabrication additive de matériaux de construction. L’invention concerne plus particulièrement un système d’extrusion de cordons de matériau de construction pour robot de fabrication additive de structures architecturales par empilement de couches successives de cordons extradés. L’invention concerne également un procédé d’extrusion de cordons de matériau de construction pour robot de fabrication additive de structures architecturales.

Arrière-plan technologique

L’impression 3D de matériaux de construction est une activité en plein essor pour laquelle le déposant a d’ores et déjà proposé de nombreuses innovations pour améliorer les processus de fabrication.

Ainsi, le déposant a déjà proposé, notamment dans les demandes WO20 18/051370, WO2018/229419, WO2019/048752, WO2019/038491 et WO2019/025698 des systèmes d’extrusion de cordons de matériau cimentaire pour robot de fabrication additive de structures architecturales.

Dans tout le texte, les termes « structures architecturales » désignent à la fois des éléments de construction individuels (ponts, piliers, murs, mobiliers urbains, etc.), des structures complètes (bâtiments, maisons, immeubles, etc.) et des pièces architecturales diverses (œuvres artistiques, sculptures, etc.).

Les systèmes déjà proposés par le déposant apportent de nombreux avantages par rapport aux techniques traditionnelles parmi lesquels notamment la possibilité de pouvoir réaliser des formes complexes par ajout de couches successives de matériaux de construction, la rapidité des opérations de construction, la réduction des coûts et de la main d’œuvre, une sécurité améliorée sur les chantiers, etc.

Ces systèmes comprennent en général une tête d’impression équipée d’une bouche d’entrée de matériau de construction et d’une buse d’extrusion (aussi désignée dans le texte par la terminologie « buse de sortie ») de cordons de matériau de construction, un circuit d’alimentation de la bouche d’entrée de la tête d’impression en matériau de construction comprenant un réservoir de stockage de matériau de construction, une conduite reliant le réservoir de stockage et l’entrée de la tête d’impression, et une pompe de gavage de la conduite par le matériau de construction issu du réservoir de stockage.

L’une des difficultés de l’impression 3D de matériaux de construction réside dans le fait que le matériau doit être fourni dans un état rhéologique compatible avec un pompage de ce matériau, c’est à dire suffisamment fluide pour pouvoir être pompé du réservoir de stockage et véhiculé vers la buse de sortie, alors que son état doit être assez visqueux (c’est à dire moins fluide) à la sortie de la buse d’extrusion pour pouvoir former une couche autoportante et susceptible de supporter la couche suivante.

La qualité d’une structure architecturale fabriquée par un tel système d’extrusion de matériau cimentaire dépend notamment de l’adhérence intra- couches et de la section des cordons extradés.

Il est donc important de pouvoir contrôler, en tout point de la structure architecturale, la section des cordons extradés pour pouvoir certifier que la structure architecturale est conforme aux spécifications visées.

Pour ce faire, l’une des techniques connues consiste à utiliser un pied à coulisse pour mesurer, au niveau de certaines zones critiques, la largeur des cordons extradés. Une autre solution consiste à utiliser un scanner manœuvré par un opérateur.

Ces solutions présentent de nombreuses limites parmi lesquelles la difficulté, voire l’impossibilité, d’accéder à certaines zones de la structure architecturale, en particulier lorsque la structure extradée présente une succession de porte-à-faux ou des zones fermées tels que des dômes de matière. Une autre limite de cette solution réside dans le temps nécessaire pour contrôler toute une structure, en particulier une structure complexe. Ainsi, le temps gagné par l’utilisation d’un système d’impression 3D pour fabriquer la structure cimentaire peut être perdu par celui nécessaire pour contrôler, a posteriori, la structure architecturale fabriquée. Enfin, cette solution ne permet pas d’apporter simplement et de manière satisfaisante des éventuelles mesures correctives si le contrôle révèle des cordons non conformes aux spécifications requises.

Les inventeurs ont donc cherché à développer une solution qui permet de s’affranchir des limites des solutions connues, et en particulier de celles liées à la mesure a posteriori de la section des cordons et au problème d’accès à l’ensemble de la structure architecturale.

Objectifs de l’invention

L’invention vise donc à fournir un système d’extrusion de matériau de construction qui permet de contrôler simplement et sans contrainte la qualité des cordons extradés.

L’invention vise notamment à fournir un tel système qui permet de mesurer la largeur des cordons extradés au cours de la fabrication de la structure architecturale.

L’invention vise aussi à fournir un tel système qui permet d’apporter rapidement des mesures correctives s’il s’avère que les cordons extradés ne sont pas conformes aux spécifications requises ou s’approchent des limites autorisées.

L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel système qui permet de mesurer la largeur des cordons extradés, quelle que soit la géométrie de la pièce extradée.

L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel système qui permet de mesurer la largeur des cordons extradés, quelle que soit l’orientation et/ou le déplacement de la tête d’extrusion.

Exposé de l’invention

Pour ce faire, l’invention concerne un système d’extrusion de cordons de matériau de construction pour robot de fabrication additive de structures architecturales comprenant : une tête d’impression de cordons de matériau de construction comprenant une bouche d’entrée de matériau et une buse d’extrusion s’étendant autour d’un axe d’extrusion et configurée pour former un cordon extrudé de matériau de construction, ladite tête d’impression étant destinée à être déplacée par le robot de fabrication additive selon une trajectoire prédéterminée, d’amont en aval, pour former une structure architecturale par empilement de couches desdits cordons extradés, un circuit d’alimentation en matériau de construction de ladite tête d’impression comprenant un réservoir de stockage de matériau de construction et une conduite d’alimentation en matériau de construction reliant ledit réservoir de stockage et ladite tête d’extrusion, une pompe de régulation du débit de matériau de construction circulant dans ledit système d’extrusion agencée entre ledit réservoir de stockage et ladite buse d’extrusion.

Le système selon l’invention est caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif de mesure sans contact de la largeur du cordon extrudé en amont de ladite buse d’extrusion, ledit dispositif de mesure étant porté par ladite tête d’impression et comprenant trois lasers associés à une unité de calcul de la largeur dudit cordon à partir des données acquises par les lasers, lesdits lasers étant orientés vers ledit cordon extradé, en amont de ladite buse d’extrusion, et agencés les uns par rapport aux autres de telle sorte que les rayons lumineux projetés forment un triangle fermé entourant ledit axe de ladite buse d’extrusion.

Dans tout le texte, sauf indication contraire, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence au déplacement de la tête d’impression le long de la trajectoire prédéterminée. En d’autres termes, le cordon en amont de la tête correspond au cordon qui vient d’être extradé alors que l’aval de la tête correspond à la partie de la trajectoire qui s’apprête à recevoir un cordon.

Le système selon l’invention présente donc la particularité d’embarquer, sur la tête d’impression, un dispositif de mesure sans contact de la largeur du cordon extradé en amont de la buse d’extrusion sur la trajectoire prédéterminée. Cela signifie que le système est capable de mesurer la largeur du cordon qui vient juste d’être extradé par la tête d’impression. Ce cordon extrudé se trouve en amont de la buse d’extrusion sur la trajectoire prédéterminée suivie par la tête d’impression pour fabriquer la structure architecturale. Ainsi, le système peut mesurer en permanence, et au cours de la fabrication de la pièce fabriquée, la largeur des cordons extradés par la buse d’extrusion, juste après leur extrusion par la buse d’extrusion.

Le système selon l’invention permet donc de contrôler, au cours de l’impression, la largeur des cordons pour garantir la qualité de la pièce fabriquée et pour pouvoir, le cas échéant, apporter en temps réel, des mesures correctives si la largeur mesurée du cordon extradé s’avère non conforme ou tend vers une valeur non conforme. Ces mesures correctives peuvent être des modifications des consignes de vitesse de déplacement de la tête d’impression ou de débit d’extrusion du matériau cimentaire, pour maintenir la largeur du cordon extrudé dans la plage de valeurs admissibles.

En outre et selon l’invention, ledit dispositif de mesure comprend trois lasers d’acquisition d’une donnée représentative de la largeur du cordon extrudé en amont de la buse d’extrusion, associés à une unité de calcul de la largeur dudit cordon à partir de ladite donnée représentative acquise par les lasers, ces lasers étant orientés vers ledit cordon extradé.

Ainsi, la mesure de la largeur du cordon extrudé est obtenue par l’utilisation de plusieurs lasers. Le laser permet de projeter un rayon lumineux vers le cordon et l’unité de calcul associée permet d’en déduire une mesure de la largeur du cordon. En combinaison, une caméra peut être utilisée pour faire également l’acquisition d’une image du cordon extradé et l’unité de calcul permet d’en déduire, par traitement de l’image acquise, une mesure de la largeur du cordon.

Selon l’invention, ledit dispositif de mesure comprend trois lasers agencés les uns par rapport aux autres de manière à ce que l’ensemble des données acquises par l’ensemble des lasers couvrent au moins un triangle fermé entourant ledit axe d’extrusion de ladite buse d’extrusion.

Selon l’invention, chaque laser est configuré pour projeter un rayon lumineux rectiligne. Cela facilite la mesure de largeur étant donné que l’on s’affranchit d’un traitement complexe d’images nécessaire dans le cas d’un capteur formé d’une caméra d’acquisition d’images.

Ainsi, l’ensemble des lasers permet de couvrir au moins un polygone fermé (en l’occurrence un triangle) qui entoure la buse d’extrusion de manière à garantir que le cordon soit visible par au moins un capteur quelle que soit l’orientation de la tête d’impression et quelle que soit la direction de déplacement de la tête d’impression. Ainsi, les lasers sont fixes sur la tête d’impression, ce qui facilite leur montage sur la tête d’impression. La tête d’impression peut être pilotée dans n’importe quelle direction tout en garantissant qu’une mesure de largeur pourra être réalisée par l’un des lasers, dans la mesure où l’ensemble des lasers couvre au moins un triangle fermé qui entoure la buse d’extrusion, et donc forcément le cordon extrudé.

Selon l’invention, le système comprend trois lasers agencés les uns par rapport aux autres de telle sorte que les rayons lumineux projetés forment un triangle fermé.

Cela permet de garantir que le cordon est visible par au moins un laser, quelle que soit l’orientation et la direction de déplacement de la tête d’impression.

Avantageusement et selon l’invention, le système comprend en outre une unité de commande de la vitesse et du déplacement de ladite tête d’impression selon une trajectoire prédéterminée, d’amont en aval, et une unité de commande de ladite pompe de régulation du débit de matériau de construction. Selon cette variante avantageuse, ledit dispositif de mesure de la largeur des cordons extradés est configuré pour transmettre ladite mesure de largeur à ladite unité de commande de la vitesse et du déplacement et/ou à ladite unité de commande de ladite pompe de régulation, de manière à pouvoir asservir la vitesse de déplacement et/ou ledit débit de matériau de construction à ladite largeur mesurée du cordon extrudé en amont de la buse d’extrusion.

La géométrie d’un cordon de matériau cimentaire extrudé par une tête d’impression dépend de la forme de la buse d’extrusion, du débit d’extrusion et de la vitesse de déplacement de la tête d’impression. Il peut être admis en première approximation qu’un cordon extrudé à un débit d présente une forme ob longue caractérisée par une hauteur h et une largeur l, liées l’une à l’autre par la formule d/v = l ~Xh, où v représente la vitesse de déplacement de la tête d’impression.

La hauteur h est imposée par le déplacement vertical de la tête d’impression entre une couche d’extrusion précédente et la couche en cours d’extrusion. Aussi, le ratio d/v conditionne la largeur du cordon en cours d’extrusion.

L’invention prévoit donc de définir la largeur du cordon et de le contrôler au cours de l’extrusion, par des consignes de vitesse et de débit. Cette variante avantageuse permet en particulier d’asservir la consigne de vitesse de déplacement et de débit du matériau cimentaire à la mesure réelle instantanée de la largeur du cordon extrudé.

La pompe de régulation qui permet de contrôler le débit du matériau cimentaire dans le système est agencée au sein du système d’extrusion entre le réservoir de stockage et la buse d’extrusion. Par exemple, cette pompe peut être agencée entre le réservoir de stockage et la conduite d’alimentation, pour gaver la conduite d’alimentation en matériau de construction. Selon une autre variante, cette pompe peut être agencée directement au sein de la tête d’impression, entre la bouche d’entrée et la buse d’extrusion, pour doser le matériau cimentaire.

Selon une variante avantageuse de l’invention, ladite tête d’impression comprend une pompe de dosage configurée pour pouvoir véhiculer le matériau de construction de ladite bouche d’entrée vers ladite buse d’extrusion et cette pompe de dosage forme ladite pompe de régulation.

Selon cette variante avantageuse, la pompe de régulation est formée par une pompe de dosage logée dans la tête d’impression et configurée pour véhiculer le matériau de construction de ladite bouche d’entrée vers ladite buse d’extrusion.

En d’autres termes et selon cette variante, la tête d’impression comprend une bouche d’entrée de matériau de construction, une buse d’extrusion de cordons et une pompe de dosage configurée pour véhiculer le matériau de construction de la bouche d’entrée vers la buse d’extrusion, et cette pompe est asservie à la mesure de la largeur du cordon extradé.

Selon une autre variante avantageuse de l’invention, ledit circuit d’alimentation comprend une pompe de gavage de ladite conduite d’alimentation en matériau de construction issu du réservoir de stockage et cette pompe de gavage forme ladite pompe de régulation.

Selon cette variante avantageuse, la pompe de régulation est formée par une pompe de gavage agencée au sein du circuit d’alimentation de la tête d’impression et configurée pour véhiculer le matériau de construction du réservoir de stockage vers ladite conduite d’alimentation.

L’invention concerne aussi un procédé d’extrusion de cordons de matériau de construction pour robot de fabrication additive de structures architecturales comprenant : une étape d’alimentation en matériau de construction d’une tête d’impression comprenant une bouche d’entrée de matériau de construction et une buse d’extrusion configurée pour former des cordons de matériau de construction, à partir d’un réservoir de stockage de matériau de construction et d’une pompe de régulation du débit de matériau cimentaire agencée entre le réservoir de stockage et la buse d’extrusion, une étape de déplacement de ladite tête d’impression selon une trajectoire prédéterminée et une vitesse contrôlée, d’amont en aval, une étape d’extrusion de cordons de matériau de construction par ladite tête d’impression, une étape de mesure de la largeur des cordons extradés en amont de la buse d’extrusion, à partir de données acquises par trois lasers orientés vers ledit cordon extradé en amont de ladite use d’extrusion, et agencés les uns par rapport aux autres de telle sorte que les rayons lumineux projetés forment un triangle fermé entourant ladite buse d’extrusion, une étape d’asservissement de la vitesse de déplacement de ladite tête d’impression et/ou du débit de ladite pompe de régulation en fonction de ladite largeur du cordon mesurée.

Les avantages et effets techniques d’un système d’extrusion selon l’invention s’appliquent mutatis mutandis à un procédé selon l’invention.

En particulier, un procédé selon l’invention permet d’asservir la consigne de vitesse de déplacement de la tête d’impression et/ou la consigne de commande de la pompe de régulation en matériau de construction à la mesure réelle instantanée de la largeur du cordon extrudé.

Un procédé selon l’invention est avantageusement mis en œuvre par un système d’extrusion selon l’invention et un système d’extrusion selon l’invention met avantageusement en œuvre un procédé selon l’invention.

L'invention concerne également un système d’extrusion, un robot de fabrication additive et un procédé d’extrusion caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.

Liste des figures

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :

[Fig. 1] est une vue schématique d’un système d’extrusion selon un mode de réalisation de l’invention,

[Fig. 2] est une vue schématique d’une tête d’impression d’un système selon un mode de réalisation de l’invention,

[Fig. 3] est une vue schématique en vue de dessus d’un cordon extrudé par un système d’extrusion selon un mode de réalisation de l’invention sur laquelle sont représentés les polygones fermés formés par les lasers du dispositif de mesure monté sur la tête d’impression,

[Fig. 4] est une vue schématique d’un procédé d’extrusion selon un mode de réalisation de l’invention,

[Fig. 5a] et [Fig. 5b] sont des vues schématiques illustrant le principe de mesure trigonométrique de la largeur d’un cordon extrudé à partir des données issues des capteurs du système selon l’invention.

Description détaillée d’un mode de réalisation de l’invention Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d’illustration et de clarté. Dans toute la description détaillée qui suit en référence aux figures, sauf indication contraire, chaque élément du système d’extrusion est décrit tel qu’il est agencé lorsque le système d’extrusion est mis en œuvre dans le cadre de la fabrication d’une structure architecturale par empilement de couches de cordons extradés.

En outre, les éléments identiques, similaires ou analogues sont désignés par les mêmes références dans toutes les figures.

Un système d’extrusion selon l’invention comprend, tel que représenté sur la figure 1, un réservoir de stockage 10 d’un matériau de construction, une tête d’impression 30 comprenant une bouche d’entrée de matériau de construction et une buse d’extrusion d’un cordon de matériau cimentaire, un circuit 20 d’alimentation en matériau de construction de la tête d’impression, agencé entre le réservoir de stockage 10 et la tête d’impression 30, et un dispositif de mesure 40 de la largeur du cordon extradé en aval de la buse d’extrusion de la tête d’impression, ce dispositif de mesure étant porté par la tête d’impression.

La figure 1 représente également un robot 50 qui porte la tête d’impression 30 et qui est configuré pour déplacer la tête d’impression selon un parcours prédéterminé pour permettre la fabrication d’une structure architecturale 60 par addition de couches successives de cordons de matériau de construction extradés de la tête d’impression 30.

Dans toute la suite, l’invention est décrite en considérant que le matériau utilisé est un matériau cimentaire, étant entendu que n’importe quel autre matériau de construction à pâte visqueuse tel que défini dans le texte peut être utilisé dans le cadre de cette invention.

Chacun des différents organes du système va maintenant être décrit en détail, en lien notamment avec les figures 1 et 2.

Réservoir de stockage

Le réservoir de stockage 10 est de préférence une trémie comprenant une ouverture supérieure 11 adaptée pour recevoir des gâchées de matériaux cimentaires et une sortie inférieure 12 reliée au circuit 20 d’alimentation. La trémie peut en outre comprendre un agitateur 13 comprenant un arbre 14 portant une pluralité de pales latérales par l’intermédiaire d’axes perpendiculaires à l’arbre 14, et un moteur 16 de mise en rotation de l’arbre 14. Le moteur 16 est par exemple un moteur électrique configuré pour pouvoir entraîner à faible vitesse, par exemple à une vitesse de six tours par minute, l’arbre 14 de l’agitateur 13. L’utilisation d’un moteur thermique est bien sûr possible sans modifier les performances du système d’extrusion selon l’invention. Le rôle de l’agitateur est de pouvoir maintenir le matériau cimentaire dans la trémie à un état rhéologique quasi-constant avant d’être conduit vers la tête d’impression par le circuit 20 d’alimentation.

Le matériau cimentaire utilisé est par exemple un prémix à base de ciment avec des particules fines, hydraté et fluidifié.

Circuit d’alimentation

Le circuit d’alimentation 20 relie le réservoir de stockage 10 à la tête d’impression 30. Ce circuit comprend une conduite 21 reliant la sortie 12 du réservoir de stockage 10 à une bouche d’entrée 31 de la tête d’impression 30. Le circuit d’alimentation 20 comprend en outre une pompe de gavage 22. Cette pompe de gavage 22 est par exemple une pompe à vis excentrée de manière à pouvoir véhiculer le matériau cimentaire vers la tête d’impression 30 en minimisant les pulsations.

Tête d’impression

La tête d’impression 30 comprend, tel que représenté schématiquement par la figure 2, une bouche d’entrée 31 reliée au circuit d’alimentation 20 et une buse 34 d’extrusion de matériau de cimentaire configurée pour former des cordons de matériau cimentaire.

La tête d’impression comprend en outre une enceinte de mélange 35 agencée en amont de la buse d’extrusion 34. Cette enceinte de mélange 35 est équipée d’un mélangeur dynamique adapté pour pouvoir mélanger le matériau cimentaire et d’éventuels adjuvants fournis par un dispositif additionnel d’adjuvantation non représenté sur les figures.

Ce mélangeur dynamique comprend par exemple un arbre 37 s’étendant longitudinalement dans l’enceinte de mélange 35 sur lequel sont montés des doigts radiaux 38 répartis le long de l’arbre 37. Le mélangeur dynamique comprend également un moteur 39 configuré pour pouvoir entrainer l’arbre 37 en rotation de manière à pouvoir fournir un mélange homogène du matériau cimentaire. Ce moteur 39 peut être un moteur électrique, un moteur thermique, et de manière générale tous types de moteurs. Selon le mode de réalisation des figures, le moteur 39 est déporté par rapport à l’arbre 37. Bien entendu, il est aussi possible d’utiliser un moteur 39 non déporté de l’arbre 37.

La tête d’impression 30 comprend également une pompe de dosage 51 à vis excentrée configurée pour pouvoir véhiculer le matériau cimentaire de la bouche d’entrée 31 vers la buse d’extrusion 34, en passant par l’enceinte de mélange 35. Une telle pompe de dosage est par exemple une pompe à jaquette à vis excentrée. Bien entendu, d’autres pompes peuvent être utilisées sans modifier les performances de l’invention. Comme cela est expliqué ultérieurement, cette pompe de dosage forme, selon le mode de réalisation des figures, la pompe de régulation asservie à la mesure de la largeur du cordon extrudé.

La buse d’extrusion 34 de la tête d’impression est de préférence démontable de manière à pouvoir adapter la forme de la buse d’extrusion 34 à la pièce à fabriquer. En particulier, la section de la buse d’extrusion 34 peut être adaptée à chaque type de pièce fabriquée, voire changée en cours d’impression pour modifier la section des cordons de certaines portions de la pièce fabriquée. Pour ce faire, la buse d’extrusion comprend par exemple une paroi externe filetée qui coopère avec une portion interne filetée de la paroi de la tête d’impression délimitant l’enceinte de mélange 35. Selon une autre variante, la buse d’extrusion comprend une paroi interne filetée qui coopère avec une portion externe filetée de la paroi de la tête d’impression.

La tête d’impression est déplacée par le robot selon une trajectoire prédéterminée, d’amont en aval.

Dispositif de mesure de la largeur des cordons extrudés

Le dispositif de mesure 40 de la largeur des cordons extrudés comprend, selon le mode de réalisation des figures, trois lasers portés par une couronne 52 solidaire de la tête d’impression. Chaque laser est configuré pour pouvoir projeter un segment lumineux et en déduire une mesure de longueur de la matière décelée sous ce rayon lumineux. Un tel laser est par exemple un laser commercialisé sous la référence LLT3010-100 par la société Micro-Epsilon®. Bien entendu, rien n’empêche d’utiliser d’autres références de laser pour la mise en œuvre de l’invention.

Un tel laser permet de faire l’acquisition d’une pluralité d’images lasers (désignées ci-après par la terminologie de « frame »). Une frame contient un certain nombre d’informations dépendantes de la résolution du laser. Le laser utilisé présente une résolution de 2048 points codés sur 64 octets. Chaque frame est composée de 4 bandes de 16 octets, qui codent chacune différentes informations.

Dans le cas du laser utilisé, les informations de position en X et en Z sont codées par les octets 5 à 8 sur chaque bande. Le « X » correspond à la position le long du laser et le « Z » correspond à la profondeur du laser.

On peut donc récupérer les données en « X » et en « Z » sur chaque frame, qu’on peut ensuite transformer en information de distance en appliquant une fonction de décodage. On dispose donc d’une fonction qui forme le profil laser et qui associe à chaque X, un Z donné.

Dans la mesure où l’on connait la distance en Z entre le laser (monté solidairement sur la tête d’impression) et le cordon extrudé, on peut en extraire les valeurs seuils Xmin et Xmax qui constituent les bords du cordon extrudé. La différence permet d’obtenir la longueur du segment qui intersecte le cordon.

Ce segment forme la largeur du cordon si le laser est orienté perpendiculairement au cordon. En pratique, le laser forme souvent un angle avec le cordon qu’il faut prendre en compte pour en déduire la largeur du cordon. Le principe de calcul est expliqué ci-après, en lien avec les figures 3, 5a et 5b.

Si la mesure n’implique qu’un seul laser (tel qu’illustré à la position PA de la figure 3), la largeur l du cordon est obtenue par le calcul trigonométrique suivant : l = Im * sin(oc). où oc est l’angle entre le profil laser (qui est connu par la connaissance du déplacement de la tête d’impression) et le cordon extrudé, et Im est la mesure du segment laser fourni par le laser obtenue en suivant la méthodologie décrite précédemment. La figure 5a illustre schématiquement ce principe de calcul trigonométrique permettant de calculer la largeur du cordon extrudé à partir d’un seul laser.

Si la mesure implique deux lasers (tel qu’illustré à la position PD de la figure 3, dans le sens descendant), la largeur l du cordon est obtenue par le calcul trigonométrique suivant : l = Iml. sin(a) + Zm2. sin(P) où Iml et lm2 sont les mesures des segments fournies par les deux lasers impliquées, et les angles oc et P sont les angles entre le profil laser de chaque laser (connu par la connaissance du déplacement de la tête d’impression) et le cordon extrudé. La figure 5b illustre schématiquement ce principe de calcul trigonométrique permettant de calculer la largeur du cordon extrudé à partir de deux lasers.

Les lasers sont agencés les uns par rapport aux autres de telle sorte que les rayons lumineux projetés forment un triangle fermé qui entoure l’axe de la buse d’extrusion.

La figure 3 illustre schématiquement, en vue de dessus, un cordon 62 extrudé par un système selon l’invention et les rayons lumineux projetés par les lasers du dispositif de mesure selon le mode de réalisation des figures. La buse de la tête d’impression est représentée schématiquement par le cercle de référence 30 et la flèche à l’intérieur du rond illustre l’orientation de la tête d’impression. L’orientation de la tête d’impression ne correspond pas nécessairement à la direction du déplacement de la tête d’impression. En particulier, sur la figure 3, on constate que la trajectoire de la tête, représentée par la forme du cordon d’extrusion 62, ne modifie pas l’orientation de la tête d’impression.

Sur la figure 3, la tête d’impression est représentée à quatre positions sur le parcours d’extrusion du cordon 62, référencée respectivement PA, PB, PC et PD.

La tête d’impression 30 comprend trois lasers projetant respectivement les rayons lumineux illustrés par les références 41, 42 et 43. Dans la suite, on assimile le rayon lumineux projeté au laser l’ayant projeté. Les lasers 41, 42, 43 sont montés sur la tête d’impression 30 et agencés les uns par rapport aux autres et par rapport à la tête d’impression 30 de telle sorte que les rayons lumineux projetés forment un triangle fermé. Bien entendu, chaque rayon lumineux peut s’étendre au-delà du point d’intersection avec les rayons lumineux adjacents. Sur les figures, seul le triangle fermé est représenté à des fins d’illustration et de clarté. La projection des lasers 41, 42 et 43 est fixe par rapport à l’orientation de la tête d’impression 30 étant donné que les lasers sont montés solidairement sur la tête d’impression 30 par l’intermédiaire d’une platine 52 représentée schématiquement sur la figure 2.

Ainsi, quel que soit le déplacement et l’orientation de la tête d’impression lors de l’extrusion, au moins un des lasers portés par la tête est capable de procéder à la mesure de la largeur du cordon qui vient d’être extrudé, suivant les principes expliqués précédemment

Ainsi, sur la figure 3, si l’on considère que la tête se déplace du haut de la figure vers le bas, c’est-à-dire que la tête occupe successivement les positions PA, PB, PC et PD, alors la mesure de largeur du cordon extrudé 62, à la position PA, est dérivée du laser 42. En effet, ce laser permet de calculer la largeur du cordon qui vient d’être extrudé par la tête 30, et agencé immédiatement en amont de la tête d’impression, en appliquant le principe de calcul expliqué précédemment (cas où la mesure n’implique qu’un seul laser).

La mesure de largeur du cordon extrudé 62 à la position PB est dérivée du laser 41 et la mesure de largeur du cordon extrudé 62 à la position PC est dérivée du laser 42 en appliquant le principe de calcul expliqué précédemment (cas où la mesure n’implique qu’un seul laser).

A la position PD, la largeur du cordon extrudé est dérivée des lasers 41 et 42 en appliquant le principe de calcul expliqué précédemment (cas où la mesure implique deux lasers).

On constate d’ailleurs que si l’on considère que la tête se déplace dans le sens inverse, du bas de la figure vers le haut, c’est-à-dire que la tête occupe successivement les positions PD, PC, PB et PA, alors dans la position PD, la mesure est dérivée du laser 43, dans la position PC, la mesure est dérivée du laser 41, dans la position PB, la mesure est dérivée du laser 43 et dans la position PA, la mesure est dérivée du laser 4L Dans chacune de ces positions et selon ce sens de déplacement, le principe de calcul est celui où la mesure n’implique qu’un seul laser.

L’homme du métier comprend bien que quelle que soit l’orientation et la trajectoire de la tête, l’invention permet toujours de disposer d’un ou deux lasers qui intersecte le cordon et permet donc de déterminer la largeur du cordon qui vient d’être extrudé en appliquant les principes de calcul trigonométriques expliqués précédemment.

Cette mesure est de préférence utilisée pour adapter le déplacement et le débit du matériau cimentaire dans la tête d’impression.

En particulier, comme indiqué précédemment, la géométrie du cordon 62 dépend principalement de la forme de la buse d’extrusion, du débit d’extrusion et de la vitesse de déplacement de la tête d’impression. Il peut être admis en première approximation que pour une buse circulaire, un cordon extrudé à un débit d présente une forme oblongue caractérisée par une hauteur h et une largeur /, liées l’une à l’autre par la formule d/v = l ~Xh, où v représente la vitesse de déplacement de la tête d’impression.

La hauteur h est imposée par le déplacement vertical de la tête d’impression entre une couche d’extrusion précédente et la couche en cours d’extrusion. Aussi, le ratio d/v conditionne la largeur du cordon en cours d’extrusion.

Ainsi, lorsque la largeur du cordon est mesurée par le système selon l’invention, une mesure corrective peut immédiatement être prise en compte en adaptant la vitesse de déplacement de la tête et/ou le débit du matériau dans la tête (qui correspond au débit de la pompe de dosage 51 dans le mode de réalisation des figures) pour maintenir la largeur du cordon dans une plage de valeur prédéterminée, correspondant aux spécifications de la pièce à fabriquer.

En d’autres termes, l’invention permet d’asservir la consigne de vitesse de déplacement et de débit du matériau cimentaire à la mesure réelle instantanée de la largeur du cordon extrudé.

La figure 4 est une vue schématique d’un procédé d’extrusion de cordons de matériau cimentaire pour robot de fabrication additive de structures architecturales selon l’invention. Un tel procédé comprend une première étape El d’alimentation en matériau de construction, tel qu’un matériau cimentaire, une tête d’impression de cordons de matériau de construction à partir d’un réservoir de stockage de matériau de construction relié à la tête d’impression par une conduite d’alimentation équipée, par exemple, d’une pompe de gavage.

Le procédé comprend également une étape de déplacement E2 de la tête d’impression selon une trajectoire prédéterminée et une vitesse contrôlée qui dépend des conditions d’impression.

Le procédé comprend aussi une étape d’extrusion E3 de cordons de matériau de construction par la tête d’impression comprenant une bouche d’entrée 31 de matériau de construction, une buse d’extrusion 34 configurée pour former des cordons de matériau de construction et une pompe de dosage 51 configurée pour pouvoir véhiculer le matériau de construction de la bouche d’entrée 31 vers la buse d’extrusion 34.

Le procédé comprend également une étape de mesure E4 de la largeur des cordons extradés en amont de la buse d’extrusion.

Enfin, le procédé comprend une étape d’asservissement E5 de la vitesse de déplacement de la tête d’impression et/ou du dosage de ladite pompe de dosage en fonction de la largeur du cordon mesurée. Dans le mode de réalisation décrit, la pompe de dosage de la tête d’impression forme la pompe de régulation du système selon l’invention.

L’invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation décrits. En particulier, selon d’autres modes de réalisation, le robot peut être un robot six axes, monté sur rails ou non, sur portique ou non. Le robot peut également être un robot à câbles ou tous types de robots dont le système de positionnement, tel qu’un bras articulé, peut être piloté par ordinateur.

En outre, l’invention a été décrite en mettant en œuvre une pompe de dosage asservie à la mesure de la largeur du cordon. Selon d’autres modes de réalisation, c’est la pompe de gavage qui peut être asservie à la mesure de la largeur du cordon. De même, un système peut comprendre une seule pompe de dosage ou de gavage à la place des pompes de dosage et de gavage décrites dans le mode de réalisation des figures.

Un robot selon l’invention peut être utilisé pour fabriquer tous types de pièces architecturales. Une telle pièce architecturale peut être une pièce de renfort, un bâtiment, et de manière générale, toute pièce en matériau cimentaire. Les pièces architecturales fabriquées par l’utilisation d’un système d’extrusion selon l’invention peuvent être d’échelles variées. Il peut s’agir d’une portion de poteau, d’un poteau entier, d’un mur, d’un élément de dalle, d’un bâtiment, d’un mobilier urbain, d’une sculpture, etc.