La fabrication additive, communément appelée impression 3D, a montré un immense potentiel en tant que moteur de la transformation de la fabrication moderne. Un problème urgent menace toutefois la durabilité de son adoption à grande échelle : les déchets plastiques. Des chercheurs israéliens ont récemment développé des polymères réversibles adaptés à l’impression 3D qui peuvent être entièrement recyclés en utilisant simplement un four à micro-ondes standard.
Une solution innovante pour le recyclage des plastiques
Les polymères réversibles, également appelés réseaux polymères covalents dynamiques ou réseaux covalents adaptables (CAN), permettent un traitement, une réimpression et un recyclage complets grâce à la réorganisation de leurs liaisons covalentes lorsqu’ils sont exposés à certains stimuli.
Les chercheurs de l’Institut de chimie et Centre de nanoscience et de nanotechnologie de l’Université hébraïque de Jérusalem, ont développé des compositions polymères entièrement recyclables et ré-imprimables pour l’impression 3D par fabrication de filaments fondus à des températures beaucoup plus basses.
Le rôle du four à micro-ondes
Le four à micro-ondes joue un rôle crucial dans le processus de recyclage. En seulement 10 minutes à une puissance de 216W, les pièces imprimées se liquéfient et redeviennent à 97,6% les monomères fonctionnels d’origine. Les chercheurs ont réussi à démontrer 11 cycles intégrés d’impression-recyclage sans perte de propriétés mécaniques ou thermiques.
La dissolution complète des pièces imprimées après le recyclage par micro-ondes a confirmé l’excellente réversibilité. Les chercheurs ont également analysé la conversion des polymères à chaque étape à l’aide d’études RMN et de la spectrophotométrie UV-vis pour quantifier l’efficacité du recyclage.
Cette approche permet une fabrication additive durable avec des applications potentielles étendues, de l’électronique aux appareils biomédicaux. Elle permet de surmonter les principaux obstacles qui ont entravé les efforts déployés au cours de la dernière décennie pour appliquer les polymères réversibles à l’impression 3D.
Comme le résume le professeur Shlomo Magdassi, « cette recherche présente une approche durable de l’impression 3D par rayonnement en utilisant des réactions de cycloaddition réversibles. Le nouveau monomère synthétisé se prête à l’impression à des températures nettement inférieures à celles des RCBP précédemment étudiés. L’approche présentée permet des cycles d’impression multiples sans compromettre les propriétés mécaniques et thermiques des objets imprimés et sans avoir à reconstituer les matériaux« .
Avec un développement plus poussé, cette méthodologie pionnière pourrait enfin libérer la promesse de plastiques imprimables en 3D entièrement recyclables. Compte tenu des volumes considérables de déchets plastiques auxquels sont confrontées les communautés du monde entier, il n’a jamais été aussi crucial de réaliser des percées plus durables dans le domaine de la science des matériaux.
Le professeur Magdassi estime que cette recherche représente « une étape prometteuse pour faire progresser la durabilité, les polymères et la science des matériaux« .
En synthèse
Cette méthode innovante pourrait débloquer le potentiel des plastiques imprimables en 3D entièrement recyclables. Les applications potentielles sont vastes, allant de l’électronique aux dispositifs biomédicaux. Cette recherche représente une étape prometteuse vers l’avancement de la durabilité, des polymères et de la science des matériaux.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que les polymères réversibles ?
Les polymères réversibles sont des matériaux capables de réorganiser leurs liaisons covalentes lorsqu’ils sont exposés à certains stimuli, permettant ainsi un traitement, une réimpression et un recyclage complets.
Comment fonctionne le recyclage avec un four à micro-ondes ?
En seulement 10 minutes à une puissance de 216W, les pièces imprimées se liquéfient et redeviennent à 97,6% les monomères fonctionnels d’origine.
Quelles sont les applications potentielles de cette méthode ?
Les applications potentielles sont vastes, allant de l’électronique aux dispositifs biomédicaux.
Quels sont les avantages de cette approche ?
Cette approche permet de surmonter les problèmes de déchets plastiques liés à l’impression 3D et favorise la durabilité, les polymères et la science des matériaux.
Quel est l’impact de cette recherche sur l’industrie de l’impression 3D ?
Cette recherche pourrait débloquer le potentiel des plastiques imprimables en 3D entièrement recyclables et contribuer à une adoption plus durable de l’impression 3D.
Références
Légende illustration principale : Représentation schématique de l’idée de ce travail : imprimer les monomères en polymères à l’aide de la lumière UV, puis les recycler en monomères à l’aide d’un four à micro-ondes, et enfin les réimprimer. Le premier cycle d’impression et le onzième ont été imprimés dans les mêmes conditions (70 °C, 365 nm d’irradiation continue), ne montrant pas de différences significatives dans la résolution. Toutes les barres d’échelle sont de 1 cm. (Réimpression avec l’autorisation de Wiley-VCH Verlag)
Article : « Fully Recyclable Cured Polymers for Sustainable 3D Printing » – DOI: doi.org/10.1002/adma.202307297
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