Le Contour crafting (CC) est une technologie émergente qui permet de produire par fabrication additive une « architecture imprimée » (building printing pour les anglophones).
Ceci se fait aujourd'hui via une sorte d'imprimante 3D de très grande taille, et pourrait peut être demain fait par des robots de plus petites tailles, au sol ou par une tête d'impression orientable et suspendue à des câbles. Des pièces de tailles moyennes sont déjà produites de cette manière en laboratoire.
thumb|Exemple de maquette réalisée par une imprimante 3D (à gauche de l'image) thumb|En principe et avec un portique et un matériel et des matériaux adaptés, l'impression 3D peut permettre de créer des bâtiments entiers, comme il est possible de créer des maquettes (ex : à gauche sur la photo) thumb|Sculpture en forme de bobine toroïdale, avec un modèle d'une vis à bois et un petit dodécaèdre. Ces objets ont été fabriqués en sucre pur sur le CandyFab 4000, une machine de prototypage rapide expérimental qui peut utiliser du sucre cristallisé en tant que support d'impression. Cela fait partie du projet open-source CandyFab: www.candyfab.org. Les mêmes modèles peuvent être réalisés en sable fondu au moyen d'une lentille concentrant les rayons du soleil et pilotée par ordinateur
Les premières expériences de création par imprimante 3D d'objets architecturaux de grande taille ont été conduites par Behrokh Khoshnevis de l' (basé dans l'école d'ingénieur de Viterbi Portail de l'école Viterbi School of Engineering de l'université de Californie du Sud). Il a utilisé pour cela une grue et un portique commandé par ordinateur pour créer rapidement des édifices qu'il voudrait dans le futur rendre peu couteux Contour Crafting (usc.edu) et/ou nécessitant moins de matériau et moins de temps et moins de main d’œuvre qu'avec les méthodes traditionnelles de construction. Il pense aussi que cette technologie permettra de construire des objets architecturaux à très grande échelleKhoshnevis B, Hwang D, Yao KT & Yeh Z (2006) Mega-scale fabrication by contour crafting. International Journal of Industrial and Systems Engineering, 1(3), 301-320 (PDF, 20 p)..
Principes et méthodes De manière générale les systèmes automatisés permettent une gestion additive, formative ou soustractive de la matière. Ils peuvent aussi combiner - in situ - ces 3 approchesContour crafting avec contourcrafting.org .
La méthode CC (Contour crafting) adapte aux besoins d'une construction de grande taille des outils logiciels et matériels créés pour usiner ou produire des moules destinés à produire des pièces industrielles pour les fonderies, la verreries ou la plasturgie puis pour les imprimantes 3D. Depuis le milieu des années 1990, Khoshnevis adapte peu à peu ces technologies au projet de construction rapide d'une maison, qui pourrait être par exemple mis en œuvre après des catastrophes naturelles (tsunami, tremblements de terre) dévastatrices tel le tremblement de terre qui a frappé son pays natal, l'Iran ) voire ensuite sur d'autres planètes dans le cadre de l'exploration spatiale avec présence humaine. En Europe, l'Italien Enrico Dini a créé sa propre machine dite D-Shape qui dépose des couches de sables durci par un liant inorganique pour produire des objets pouvant atteindre six mètres de haut (en 2014).
Dans les premiers cas, un matériau à prise rapide tels qu'un béton de sable et ciment utilisé avec un « accélérateur de prise » forme - couche par couche - les murs et certains éléments d'une maison, jusqu’aux planchers, plafonds et toiture mis en place par le portique ou une grue.
Les vides nécessaires à l'insertion d'éléments de plomberie, câblage électrique et informatique, aération ou matériaux isolants sont prévus en amont dans le plan informatisé, mais le robot et son portique peuvent théoriquement aussi installer des tuyaux ou certains éléments secondaires de la structure, ou des éléments décoratifs et de protection tels que des pavages, carrelages, enduits, peintures, etc.
Histoire, tendances et prospectives Grâce aux progrès de l'informatique, dans les années 1970-1980, l'industrie s'est mise à utiliser de plus en plus de robots pour la « fabrication rapide » et standardiséeHopkinson N, Hague R & Dickens PM (2005), Rapid manufacturing : an industrial revolution for the digital age John Wiley & Sons Ltd, Chichester.
Puis dans le dernier quart du certaines industries l'ont développée et utilisée (pour le prototypage surtout).
Elle s'est ensuite démocratisée au début du . Et de nombreux observateurs estiment qu'elle prendra une part importante dans la nouvelle forme de production. Jeremy Rifkin pense qu'elle pourrait être un des éléments de son concept de troisième révolution industrielle Three Financial Reasons for a 3D Printer.
Dans le même temps — et notamment après la Conférence des Nations unies sur l'environnement et le développement de Rio en juin 1992 — l'ONU, le Worldwatch Institute et d'autres ont alerté sur le besoin urgent d'économiser les ressources naturelles (dont les matériaux de construction) et de mieux prendre en compte les impacts sanitaires, sociaux et environnementaux de la construction, et du transport et des déchets et de la consommation d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre que génère la construction et son utilisationJ. Lenssen & C. Roodman (1995) : A Building Revolution ; How Ecology and Health Concerns are Transforming Construction, Paper 124, Worl dwatch Institute, Washington DC. Des principes constructifs nouveaux, permis par les progrès de l'informatique et de la robotique semblent pouvoir être explorésJ. Pegna, Explorary investigation of solid freeform construction, Automation in construction, 5:5 (1997) 427-437 et le sont peu à peu, sur des modèles proches de ceux d'ouvrage de science-fiction avec l'idée de pouvoir construire des constructions lunaires en utilisant en grande partie des matériaux locaux comme matériau de construction (Shrunk & al, 1999)D. Shrunk, B, Sharpe, C. Cooper, & M. Thangave lu, The Moon: Resources, Future Developments, and Colonization , (Wiley-Praxis Series in Space Science and Tech., NY., 1999), grâce à l'introduction de la robotique dans le domaine de la constructionWarszawski A & Navon P (1998) Implementation of robotics in buildings: current status and future prospects, Journal of Construction Engineering and Management, Vol. 124, No.1 (1998) 31-41. Les progrès faits dans les catalyseurs (permettant des prises très accélérées), les matériaux composites ou renforcés de fibres (de cellulose, de verre, de carbone...) laissent espérer des innovations constructivesG. Zak, M. Sela, C. Park & B. Benhabib, Layered-Manufacturing of Fiber-Reinforced Composites, Journal of Manufacturing Science and Engineering, ASME, Vol.121 (1999) 448-455.
Au début des années 2000 des principes théoriques et de premiers retours d'expérience sont disponiblesKhoshnevis B (1999) Contour crafting–state of development. In Solid Freeform Fabrication Proceedings ()., et de nombreux auteurs testent ou envisagent pour le futur des systèmes de construction automatique de bâtiments entiers par des robots ou un robot unique multitâcheC. Balaguer, M. Abderrahim, S. Boudjabeur, P. Ar omaa, K. Kahkonen, S. Slavenburg, D. Seward, T. Bock, R. Wing, & B. Atkin, Future Home: An In tegrated Construction Automation Approach, IEEE Robotics & Automation Magazine (2002) 55-66..
Dans les années 2002B. Khoshnevis and G. Bekey, “Automated Construction using Contour Crafting – Applications on Earth and Beyond, ” Proceedings of the 19 th International Symposium on Automation and Robotics in Construction, Gaithersburg, Maryland (2002) 489-494 à 2004 le développement de l'automation dans la construction a été plus lent que dans d'autres domaines (construction automobile et robotique industrielle notamment), mais en s'inspirant du prototypage rapide par adjonction de matièreKhoshnevis B (1998) Innovative rapid prototyping process makes large sized, smooth surfaced complex shapes in a wide variety of materials, Materials Technology, 13:2 (1998) 52-63Khoshnevis B, Russell R, Kwon H & Bukkapatnam S (2001) Contour Crafting; A Layered Fabrication Technique, Special Issue of IEEE Robotics and Automation Magazine, 8:3 (2001) 33-42 utilisé dans d'autres branches de l'industrie, et après amélioration des têtes d'extrusionH. Kwon, S.. Bukkapatnam, B. Khoshnevis, & J. Saito (2002) Effect of orifice geometry on surface quality in contour crafting, Rapid Prototyping Journal, 8:3 (2002) 147-160 et adaptation de matériaux (ciment, plâtre, céramiques non durcies, reprenant le principe de l'AdobeH. Kown (2002) “Experimentaion and Analysis of Contour Crafting Process using Ceramic Materials, ” Unpublished PhD dissertation, University of Southern California (téléchargeable : www- rcf.usc.edu/~khoshnev/RP/RP-Top-Page.htm et résuméB. Khoshnevis, S. Bukkapatnam, H. Kwon, H., & J. Saito, Experimental Investigation of ContourCrafting using Ceramics Materials, Rapid Prototyping J., 7:1 (2001-b) 32-41, plastique, résine, mélanges ou polymères...) il est maintenant théoriquement assez avancé pour permettre la construction additive, y compris sur la lune ou d'autres planètes selon Khoshnevis de l'université de Californie du SudKhoshnevis, B. (2004). Automated construction by contour crafting—related robotics and information technologies. Automation in construction, 13(1), 5-19.
En 2007, une alternative au pont roulant est à l'étude : il s'agit d'utiliser une tête d'impression orientée dans l'espace par les mouvements des câbles auxquels elle est suspendue, ces mouvements étant pilotés par l'ordinateur ; cette option est étudiée par Bosscher et ses collègues dans l'OhioBosscher P, Williams II RL, Bryson LS & Castro-Lacouture D (2007) Cable-suspended robotic contour crafting system. Automation in Construction, 17(1), 45-55. (résumé) et améliorée en 2008Williams RL, Xin M & Bosscher P (2008) Contour-Crafting-Cartesian-Cable Robot System Concepts: Workspace and Stiffness Comparisons. In ASME 2008 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference (). American Society of Mechanical Engineers.
En 2008, la société Caterpillar Inc. décide de fournir des fonds pour soutenir les projets de recherche de Viterbi (été 2008).
En 2009, des étudiants des cycles supérieurs de la Singularity University (une université non officielle de la Silicon Valley) mettent en place un projet dit ACASA, avec Khoshnevis comme directeur de projet, afin de commercialiser la technique de « Contour Crafting » (CC).
En 2010, Khoshnevis affirme pouvoir ainsi faire construire par un robot (House-Bot) une maison complète en une seule journée avec une grue ou un portique électrique (pouvant être alimentée par une source d'énergie propre, sûre et renouvelable en produisant très peu de déchets de matériaux de construction"House-Bot" 2005-12-30 ; The Science Channel . Si ce défi est relevé, cette technique pourrait alors limiter fortement l'impact environnemental et l'empreinte carbone et l'empreinte écologique de la construction de maisons. Cette même année 2010, Khoshnevis annonce que la NASA est en train d'évaluer la possibilité d'utiliser le Contour Crafting pour la construction de bases sur la planète Mars et/ou sur la Lune, ce qui nécessite aussi la capacité de collecter, transporter et préparer le matériau lunaire à des coûts raisonnables, question étudiée deux ans plus tôt par Zacny Zacny K, Mungas G, Mungas C, Fisher D & Hedlund M (2008) Pneumatic excavator and regolith transport system for lunar ISRU and construction. In Paper No: AIAA-2008-7824 and Presentation, AIAA SPACE 2008 Conference & Exposition (), septembre 2008. et Zeng a al (2007)Zeng, X., Burnoski, L., Agui, J. H., & Wilkinson, A. (2007, January). Calculation of excavation force for ISRU on lunar surface. In 45th AIAA Aerospace Science Meeting and Exhibit..