Des chercheurs ont développé une nouvelle méthode d’impression 3D pour fabriquer des objets aux propriétés très variées, notamment des niveaux de dureté et de transparence, pixel par pixel, tout en utilisant des matériaux couramment disponibles et des imprimantes 3D peu coûteuses. Décrite aujourd’hui dans la revue Science par des chercheurs de l’Université du Texas à Austin, des laboratoires nationaux Sandia et de deux autres laboratoires nationaux, cette méthode pourrait permettre la création de modèles réalistes de parties du corps pour que les étudiants en médecine s’exercent à la chirurgie, ou de nouveaux types d’équipements de protection individuelle.
« Nous pouvons contrôler l’ordre au niveau moléculaire dans l’espace tridimensionnel, et ce faisant, changer complètement les propriétés mécaniques et optiques d’un matériau », explique Zak Page, professeur associé de chimie à l’UT et co-auteur de l’article. « Et nous pouvons le faire à partir d’une matière première vraiment simple et peu coûteuse, en changeant simplement l’intensité lumineuse. C’est la simplicité au cœur du procédé qui est vraiment passionnante. »
Cette nouvelle méthode d’impression 3D, baptisée Crystallinity Regulation in Additive Fabrication of Thermoplastics (CRAFT), utilise une imprimante commerciale avec des motifs de lumière variables pour transformer une résine liquide largement disponible, le cyclooctène, en un objet plastique solide. Le processus consiste à projeter une série d’images en niveaux de gris sur une plateforme qui monte et descend dans le liquide, construisant l’objet à partir d’une série de couches 2D microscopiquement fines de matériau polymère.
Une application potentielle de la méthode est la création de modèles du corps humain à l’usage des étudiants en médecine. CRAFT peut simuler des structures interconnectées complexes de différents types de matériaux, de l’os au ligament en passant par le muscle. Auparavant, les modèles imprimés en 3D n’étaient pas une alternative réaliste aux cadavres, que les facultés de médecine doivent continuellement se procurer, souvent à un coût élevé et avec difficulté. Les méthodes d’impression existantes pour les modèles impliquent des imprimantes à jet d’encre coûteuses et combinent des matériaux qui n’adhèrent pas bien les uns aux autres, provoquant des défaillances aux interfaces qui ne reflètent pas ce qui se passerait naturellement avec les tissus humains. CRAFT produit des modèles sans ces inconvénients.
L’amortissement des vibrations, par exemple pour l’insonorisation ou pour les équipements de protection individuelle comme les casques ou les gilets pare-balles, est une autre application potentielle de CRAFT. Page envisage de développer des « matériaux bio-inspirés » – avec des structures internes alternant des zones dures et molles, comme le fait la nature dans des structures telles que l’écorce des arbres et les os, permettant d’absorber les vibrations et les chocs sans se briser.
Page avait précédemment développé d’autres nouvelles méthodes d’impression 3D permettant un contrôle spatial de la rigidité et de la résistance, mais avec des composants de résine plus complexes et un équipement sur mesure. Il ajoute que les objets fabriqués avec CRAFT, bien que non entièrement recyclables, pourraient tout de même potentiellement réduire les déchets, car ils peuvent facilement être fondus ou dissous avec un solvant et moulés sous une nouvelle forme.
« L’impression 3D DLP ou LCD, avec laquelle cette méthode est compatible, fait partie des imprimantes les moins chères que vous puissiez acheter », souligne Page. « Vous pouvez obtenir une de ces imprimantes avec la capacité de projeter en niveaux de gris pour 1000 dollars ou moins, et être prêt à imprimer. »
Ce travail a été dirigé par Alex Commisso et Samuel Leguizamon, tous deux anciennement aux laboratoires nationaux Sandia. Leguizamon est maintenant scientifique au Savannah River National Laboratory et Commisso est chimiste des matériaux chez Azul 3D.
Article : Lithographic crystallinity regulation in additive fabrication of thermoplastics (CRAFT) – Journal : Science – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
