Imaginez un futur où la création d’objets complexes en 3D pourrait se faire rapidement, sans gaspiller de matériel et avec un procédé qui allie le charme de l’origami à la modernité de la chimie. C’est le pari qu’ont relevé des chercheurs en combinant impression 2D, origami et chimie pour concevoir une méthode de fabrication d’objets 3D qui se plient d’eux-mêmes en quelques secondes.
L’usage de l’impression 3D s’est généralisé, que ce soit pour créer des prototypes de produits ou pour fabriquer des objets du quotidien, allant même jusqu’à des pièces pour des réacteurs de jet. Toutefois, ce processus n’est pas exempt de défauts : il est chronophage et produit des déchets de matériaux résiduels.
La réponse à ces problèmes pourrait se trouver dans le concept de l’impression 4D. L’idée est d’utiliser un minimum de matériaux, choisis pour leurs propriétés particulières, leur permettant de se plier en formes 3D complexes sous certaines conditions. Ce procédé est appelé 4D, puisqu’il nécessite l’usage du temps, souvent considéré comme la quatrième dimension.
Une avancée majeure
« Mon équipe et moi avons découvert comment utiliser des outils et des matériaux accessibles pour créer des objets 4D auto-pliants », a déclaré Koya Narumi, professeur assistant de projet au département d’ingénierie électrique et de systèmes d’information de l’Université de Tokyo.
La méthode utilise une imprimante à jet d’encre spéciale conçue pour imprimer avec des matériaux réactifs aux UV. Cette imprimante crée un design origami 2D des deux côtés d’une feuille de plastique qui rétrécit à la chaleur. En utilisant une encre qui ne rétrécit pas et reste flexible une fois sèche, il est possible de contrôler la manière dont une section de la feuille se plie en laissant des espaces entre les sections d’encre d’un côté ou de l’autre.
Potentialités de l’innovation
Les possibilités offertes par cette innovation sont multiples et pourraient révolutionner divers domaines comme la fashion, où le gaspillage de matériel est souvent élevé. L’avantage des formes pré-pliées est qu’elles sont entièrement plates, ce qui pourrait être utile dans toutes les situations où les contraintes logistiques ou de stockage sont serrées. Les designs imprimés pourraient même être postés, et le destinataire pourrait alors les chauffer pour les transformer en l’objet qu’ils ont commandé.
Une application possible serait également dans le domaine de la récupération après catastrophe, où certains articles, possiblement médicaux, sont nécessaires mais souvent difficiles à transporter. Le transport deviendrait beaucoup plus facile lorsque les articles requis sont essentiellement plats.
En synthèse
Cette méthode d’impression 4D, qui combine impression 2D, origami et chimie, offre une solution prometteuse aux défis de l’impression 3D. Grâce à cette innovation, il est possible de produire des objets complexes en 3D qui se plient d’eux-mêmes en quelques secondes, sans gaspiller de matériaux. Les applications potentielles sont vastes, de la mode à la logistique, en passant par le domaine médical en cas de catastrophes naturelles.
Article de journal : Koya Narumi, Kazuki Koyama, Kai Suto, Yuta Noma, Hiroki Sato, Tomohiro Tachi, Masaaki Sugimoto, Takeo Igarashi et Yoshihiro Kawahara. (* premiers auteurs conjoints). Impression 4D à jet d’encre : Self-folding Tessellated Origami Objects by Inkjet UV Printing. ACM Transactions on Graphics. https://doi.org/10.1145/3592409
Légende illustration principale : Du numérique au physique. Le logiciel créé par l’équipe est basé sur un algorithme important dans le domaine de l’origami. Il peut décomposer un objet en 3D et produire un motif en 2D. Ce processus prendrait à un artiste humain du temps, de la patience et beaucoup d’essais et d’erreurs. C’est cet algorithme qui a incité l’équipe à explorer l’idée d’une fabrication rapide en 4D et qui est fondamental pour le processus. ©2023 Narumi et al. CC-BY-ND
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