Les techniques d’impression 3D évoluent constamment, offrant de nouvelles possibilités pour la fabrication de structures complexes à haute résolution. Une équipe de chercheurs vient de mettre au point une méthode novatrice de polymérisation à deux photons, utilisant deux lasers distincts.
Une technique d’impression 3D améliorée
La polymérisation à deux photons est une technique de fabrication additive avancée qui utilise traditionnellement des lasers femtosecondes pour polymériser des matériaux de manière précise en trois dimensions. Bien que cette méthode soit efficace pour créer des microstructures à haute résolution, son utilisation dans l’industrie reste limitée en raison du coût élevé des lasers femtosecondes.
L’équipe de recherche dirigée par Xianfan Xu de l’Université Purdue a développé une nouvelle approche combinant deux lasers différents. Selon le chercheur : «Nous avons associé un laser relativement peu coûteux émettant de la lumière visible à un laser femtoseconde émettant des impulsions infrarouges pour réduire la puissance requise du laser femtoseconde. Ainsi, avec une puissance donnée du laser femtoseconde, le débit d’impression peut être augmenté, ce qui réduit le coût d’impression des pièces individuelles.»
Les résultats de cette étude montrent que l’approche à deux lasers permet de réduire jusqu’à 50% la puissance nécessaire du laser femtoseconde par rapport à l’utilisation d’un seul laser femtoseconde.
Xianfan Xu souligne les applications potentielles de cette technologie : «L’impression 3D à haute résolution a de nombreuses applications, notamment dans les dispositifs électroniques 3D, les micro-robots pour le domaine biomédical et les structures ou échafaudages 3D pour l’ingénierie tissulaire. Notre nouvelle approche d’impression 3D peut être facilement mise en œuvre dans de nombreux systèmes d’impression 3D à laser femtoseconde existants.»
Un équilibre délicat entre les lasers
Pour que cette nouvelle méthode fonctionne, les chercheurs ont dû trouver le bon équilibre entre l’impression et l’inhibition causées par les deux lasers. Un nouveau modèle mathématique a été créé pour comprendre les processus photochimiques impliqués et calculer l’effet combiné des processus d’excitation à deux photons et à un photon.
L’approche combine l’absorption à un photon d’un laser nanoseconde de 532 nm avec l’absorption à deux photons d’un laser femtoseconde de 800 nm. Le modèle a également permis d’identifier les processus dominants contrôlant la réduction de la puissance du laser femtoseconde tout en obtenant des résultats d’impression satisfaisants.
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Des structures complexes imprimées avec succès
Après avoir affiné la nouvelle approche, l’équipe l’a utilisée pour imprimer diverses structures 2D et 3D en utilisant une puissance réduite du laser femtoseconde. Parmi ces structures figurent des empilements de bois détaillés mesurant seulement 25 × 25 × 10 μm, ainsi qu’un buckyball à l’échelle du micron, une structure chirale et un nœud de trèfle.
Les résultats expérimentaux ont montré que la nouvelle méthode réduisait la puissance requise du laser femtoseconde jusqu’à 80% pour les structures 2D et jusqu’à environ 50% pour les structures 3D.
Xianfan Xu estime que «cette nouvelle approche d’impression pourrait avoir un impact sur les technologies de fabrication, influençant le développement de dispositifs dans les secteurs de l’électronique grand public et des soins de santé, tant aujourd’hui que dans le futur.»
Les chercheurs travaillent actuellement à améliorer davantage la vitesse d’impression et à réduire le coût de l’impression 3D. Les avancées dans ce domaine pourraient ouvrir la voie à de nouvelles applications innovantes dans divers secteurs industriels.
Article : A. I. Akash, J. E. Johnson, F. C. Arentz, X. Xu, “Two-color 3D printing for reduction in femtosecond laser printing power,” Opt. Express, Vol. 32, Issue 15, pp. 25892-25905 (2024). DOI: doi.org/10.1364/OE.525826
