Des ingénieurs et chimistes du Laboratoire national de Lawrence Livermore (LLNL) et de Meta ont développé un nouveau type de matériau imprimé en 3D capable de reproduire les caractéristiques des tissus biologiques, une innovation qui pourrait influencer l’avenir de « l’humanité augmentée ».
Un matériau révolutionnaire pour l’impression 3D
Dans un article récemment publié dans la revue Matter, les chercheurs du LLNL et de Meta décrivent un cadre pour créer une résine imprimable en 3D « one-pot » dans laquelle la lumière est utilisée pour créer des gradients de rigidité lisses afin d’imiter les gradients présents dans la biologie, comme là où l’os rencontre le muscle. Ce cadre aborde un défi clé dans le développement de dispositifs portables plus réalistes : le « désaccord mécanique ».
Alors que les tissus naturels sont souples, les dispositifs électroniques sont généralement fabriqués à partir de matériaux rigides et il peut être difficile et long d’assembler ces dispositifs en utilisant des méthodes traditionnelles.
L’équipe a démontré le matériau en développant un dispositif portable en braille imprimé en 3D porté sur le doigt qui peut « traduire » les messages texte en braille à la volée en remplissant le dispositif d’air à des points stratégiques.
Le processus d’impression 3D
La technique fonctionne en manipulant l’intensité de la lumière appliquée à une résine photopolymère grâce au processus d’impression 3D par traitement numérique de la lumière (DLP) – une technique couche par couche qui peut rapidement produire des pièces en projetant de la lumière dans une résine liquide – pour moduler le matériau plastique déposé. Une intensité lumineuse plus faible donne un matériau plus souple, tandis qu’une intensité lumineuse plus élevée donne un matériau plus rigide.
Pour démontrer le potentiel, les ingénieurs de Meta ont utilisé le matériau pour imprimer en 3D un afficheur braille peu coûteux qui pourrait être porté sur un seul doigt et connecté à un smartphone et une pompe à air. Lorsqu’un texte est transmis via le téléphone, des sections du dispositif portable se remplissent d’air, provoquant sa déformation et la création de lettres braille, permettant à une personne aveugle de « lire » le texte à travers le dispositif.
Applications potentielles
Le matériau est extensible jusqu’à environ 200 fois ses propriétés d’origine, et à mesure que son gradient passe d’un matériau souple à un matériau plus rigide, sa résistance augmente 10 fois. Le matériau pourrait être adapté pour des matériaux absorbant l’énergie, la robotique souple et les dispositifs électroniques portables.
Les chercheurs ont également démontré la stabilité du matériau sous la lumière et les conditions ambiantes, en exposant les matériaux à la lumière ultraviolette (UV) pour observer leur comportement sur de longues périodes d’exposition. Cette stabilité est particulièrement importante pour les plastiques imprimés en 3D, qui ont généralement du mal à maintenir leurs performances sur de longues périodes allant de plusieurs années à des décennies.
En synthèse
Cette avancée dans le développement de matériaux polymères à rigidité variable et à longue durée de vie est significative pour l’impression 3D et les dispositifs portables. Elle ouvre de nouvelles perspectives dans les méthodes de fabrication et les matériaux associés, contribuant ainsi à la mission du LLNL.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le « désaccord mécanique » ?
Le « désaccord mécanique » fait référence à la difficulté de combiner des matériaux souples et rigides dans un seul dispositif, comme cela se produit souvent dans la nature.
Comment fonctionne le processus d’impression 3D utilisé ?
Le processus d’impression 3D par traitement numérique de la lumière (DLP) utilise la lumière pour moduler la rigidité du matériau plastique déposé, en ajustant l’intensité lumineuse appliquée à une résine photopolymère.
Quelles sont les applications potentielles de ce matériau ?
Le matériau pourrait être utilisé pour des matériaux absorbant l’énergie, la robotique souple et les dispositifs électroniques portables.
Quelle est l’importance de la stabilité du matériau ?
La stabilité du matériau est cruciale pour maintenir les performances des plastiques imprimés en 3D sur de longues périodes, allant de plusieurs années à des décennies.
Légende illustration principale : Les ingénieurs du Lawrence Livermore National Laboratory et du Meta ont fait la démonstration du matériau imprimé en 3D en mettant au point un dispositif braille portable sur le doigt qui peut « traduire » des messages textuels en braille à la volée en remplissant le dispositif d’air à des endroits stratégiques.
Les autres coauteurs de l’article sont Johanna Schwartz, Steven Adelmund et Pradip Pichumani, chercheurs au LLNL au sein des Reality Labs de Meta, et Yiğit Mengüç, du Collaborative Robotics and Intelligent Systems Institute. https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(23)00258-8
