14 mars 2019 | Par Thomas
Bien que l’impression 3D soit utilisée pour une variété d’applications dans les domaines de la santé, de l’ingénierie biomédicale et de la fabrication, elle est encore assez limitée, en partie parce que la plupart des techniques d’impression 3D ne peuvent fabriquer que des pièces constituées d’un seul matériau à la fois. Aujourd’hui, des scientifiques de l’Université du Wisconsin à Madison ont développé une nouvelle imprimante 3D qui utilise des modèles de lumière visible et ultraviolette pour imprimer en 3D avec plus d’un matériau.
Actuellement, la plupart des méthodes d’impression 3D multi-matériaux utilisent des réservoirs de matériaux séparés pour obtenir différents matériaux dans les bonnes positions. Les chercheurs ont découvert qu’une approche à une seule cuve et à plusieurs composants, similaire à l’approche à un seul pot d’un chimiste lors de la synthèse de molécules, serait plus pratique que plusieurs réservoirs avec différents matériaux.
Cette approche est basée sur la capacité de différentes longueurs d’onde de lumière à contrôler quels matériaux de départ se polymérisent dans différentes sections du produit solide. Ces matières premières commencent par de simples produits chimiques, appelés monomères, qui polymérisent ensemble en une chaîne plus longue de produits chimiques, comme la fabrication du plastique. Selon la lumière utilisée, le produit final aura des propriétés différentes, comme la rigidité.
Les chercheurs dirigent simultanément la lumière de deux projecteurs vers une cuve de matières premières liquides, où les couches sont construites une par une sur une plate-forme. Une fois qu’une couche est construite, la plate-forme de construction monte et la lumière aide à construire la couche suivante.
Les images du haut montrent la conception numérique et sa forme imprimée. Le violet correspond aux régions d’époxyde rigide durcies aux ultraviolets, tandis que les régions grises sont des régions d’acrylate durcies à la lumière visible qui sont douces et souples. En bas, le logo du groupe d’impression 3D, MASC, est transformé en un objet imprimé composé à la fois de régions rigides et opaques et de régions souples et transparentes. IMAGE COURTOISY AJ BOYDSTON ET JOHANNA SCHWARTZ
Le principal obstacle auquel les chercheurs étaient confrontés était l’optimisation de la chimie des matières premières. Ils ont d’abord considéré comment les deux monomères se comporteraient ensemble dans une cuve. Ils devaient également s’assurer que les monomères avaient des temps de durcissement similaires afin que les matériaux durs et mous de chaque couche finissent de sécher à peu près au même moment.
Avec la bonne chimie en place, les chercheurs pouvaient désormais dicter exactement où chaque monomère durcissait dans l’objet imprimé en utilisant la lumière ultraviolette ou visible.
« À ce stade, nous n’avons réussi à mettre des matériaux durs à côté de matériaux mous qu’en une seule étape », déclare AJ Boydston, professeur de chimie à l’UW-Madison, qui a dirigé les travaux récents avec son étudiante diplômée Johanna Schwartz. « Il y a beaucoup d’imperfections, mais ce sont de nouveaux défis passionnants. »
Maintenant, Boydston veut remédier à ces imperfections et répondre à des questions ouvertes, telles que quelles autres combinaisons de monomères peuvent être utilisées et si différentes longueurs d’onde de lumière peuvent être utilisées pour durcir ces nouveaux matériaux. Boydston espère également constituer une équipe interdisciplinaire capable d’augmenter l’impact de l’impression 3D multi-matériaux à longueur d’onde contrôlée.
Selon Schwartz, l’utilisation de méthodes chimiques pour éliminer un goulot d’étranglement technique est exactement ce dont l’industrie de l’impression 3D a besoin pour aller de l’avant.
« C’est cette interface de la chimie et de l’ingénierie qui propulsera le domaine vers de nouveaux sommets », a déclaré Schwartz.
Les travaux ont été publiés le 15 février dans la revue Communication Nature.
Publié dans Application d’impression 3D
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