Les robots KUKA ouvrent des perspectives pour la fabrication robotisée dans l’architecture

Avec précision et efficience, deux robots KUKA collent et fraisent des panneaux de bois pour un projet de l’université de Stuttgart. Ils prouvent que les robots industriels peuvent également faire profiter le secteur du bois de leurs avantages, même si ce secteur misait rarement sur les processus automatisés jusqu’alors.

Projet de recherche : fabrication robotisée dans l’architecture des constructions en bois

L’Institute for Computational Design and Construction (ICD) de l’université de Stuttgart, fondé en 2008, développe des processus de conception et de construction assistés par ordinateur. L'accent est mis, entre autres, sur la fabrication robotisée dans l’architecture. Pour l’exposition fédérale d’horticulture 2019, l’ICD a développé un pavillon innovant de structure légère en bois dont la production n’a pu être réalisée qu’à l’aide de robots. La société BEC GmbH a apporté son assistance lors de la planification de l’installation nécessaire. Ce faisant, le constructeur d’installations a misé sur des robots KUKA ayant fait leurs preuves. Un positionneur à deux axes DKP-400 et deux robots KUKA de type KR 500 FORTEC sont utilisés. Les robots industriels collent et fraisent avec précision les cassettes en bois.

Avec minutie et efficience, les robots collent les panneaux de bois.

L’exposition fédérale d’horticulture 2019 à Heilbronn

Tous les deux ans, l’exposition fédérale d’horticulture (BUGA) est organisée dans une ville allemande différente. Au début, la BUGA était uniquement une exposition horticole, mais aujourd’hui, elle est bien plus que cela. Elle présente des développements d’avenir pour les domaines de l’urbanisation et de l’architecture. Cette année, à la BUGA de Heilbronn, outre des arbres et des fleurs, on peut également admirer un pavillon innovant en bois. S’il s’assortit si bien avec le site de la BUGA, c’est en partie parce que l’inspiration pour la construction en bois trouve sa source dans un phénomène naturel.

Quelle belle vue : le pavillon en bois à la BUGA 2019

Construction inspirée de la nature : un robot colle des panneaux de bois

« Notre travail est centré sur la recherche biomimétique », explique le professeur Achim Menges, directeur de l’ICD. « Les formes, matériaux et structures que l’on trouve dans la nature font souvent preuve d’une plus grande efficacité quant à l’utilisation des matériaux et d’un meilleur fonctionnement que les types de constructions courants. » Le pavillon pour la BUGA est conçu selon la coquille d’un oursin. Celle-ci est constituée de plaques individuelles assemblées les unes aux autres. Pour le pavillon en bois également, les 376 éléments sont des pièces exclusives et individuelles. Les robots les collent les unes aux autres, sous forme de panneaux et de poutres en bois stratifié. L’intérieur des cassettes pentagonales, hexagonales ou heptagonales, de 16 cm d’épaisseur, est creux. Le pavillon fini couvre 30 mètres, sans supports ni colonnes à l’intérieur. « La structure légère est jusqu’à présent unique en son genre au niveau mondial. Sans la fabrication robotisée, la variance élevée des pièces n’aurait pas pu être envisageable », déclare Hans Jakob Wagner, assistant de recherche et candidat au doctorat à l’ICD.

Fabrication individuelle : le pavillon en bois est assemblé à partir de 376 pièces individuelles.

Entièrement automatisé : le robot industriel KUKA fraise les cassettes en bois avec précision

Deux robots KUKA de type KR 500 FORTEC se chargent de la fabrication robotisée. Le robot n°1 place la plaque de base sur le positionneur à deux axes KUKA DKP-400. Le robot n°2 étale de la colle sur le panneau de bois, puis le robot n°1 place une poutre porteuse dessus. Le robot n°2 cloue la poutre avec des clous en bois. Les robots industriels répètent des opérations jusqu’à ce que toutes les poutres soient collées et clouées. Ensuite, le robot n°1 colle un autre panneau de bois sur la colle appliquée par le robot n°2 sur la poutre. La plaque de recouvrement est également fixée avec des clous. Dès que la colle a durci, le robot place à nouveau la cassette en bois sur le DKP-400. Le robot n°2 fraise les contours des angles et les assemblages à queue d’aronde avec précision. Ensuite, le robot n°1 place la cassette finie dans le dépôt.

Le robot colle des panneaux de bois, fraise et cloue les poutres en bois.

Le pavillon en bois de la BUGA 2019 à Heilbronn.

Précision et efficacité - les avantages de la fabrication robotisée dans l’architecture.

« Le robot colle les panneaux de bois avec précision et efficacité. Cela est important car la colle ne reste liquide que pendant un laps de temps limité », explique Matthias Buck, PDG de la société BEC GmbH. De plus, des conditions spéciales telles que la quantité et la régularité doivent être respectées lors de l’application. Les robots facilitent le travail également du fait du poids des éléments individuels ; une cassette peut peser jusqu’à 200 kg. Un autre avantage : lors du fraisage, la tolérance de dimension est inférieure à 0,3 mm pour la fabrication robotisée. Matthias Buck loue également la capacité d’adaptation des robots KUKA : « Nous avons la possibilité de modifier le plan de construction d’éléments individuels pendant le processus de fabrication. » Ceci permet de bénéficier de possibilités innovantes pour l’industrie du bâtiment et les constructions en bois. Les systèmes robotisés peuvent aider à maîtriser les exigences de plus en plus sévères quant aux lots et aux solutions abordables financièrement.

La production des pièces est complexe et coûteuse. Le projet n’aurait pas pu être réalisé sans la solution basée sur robots.

Hans Jakob Wagner, assistant de recherche et candidat au doctorat à l’ICD

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