Impression 3D : une nouvelle technique ultra-rapide basée sur la lumière

Des chercheurs de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne ont réalisé une étude intitulée « High-resolution tomographic volumetric additive manufacturing », littéralement « Fabrication additive volumétrique tomographique à haute résolution ».

Publiée le 13 février 2020 dans la revue Nature Communication, l’étude présente le fonctionnement d’une imprimante que l’équipe a tout juste mise au point.

Ils ont développé un process d’impression 3D d’objets minuscules en moins de 30 secondes.

Une technique qui pourrait bien démocratiser l’utilisation de l’imprimante 3D, et révolutionner son utilisation.

On fait le point pour vous dans notre article de la semaine.

La durée d’impression : point faible de l’impression 3D

L’essor de l’impression 3D s’explique par des machines qui innovent toujours plus. Elles se diversifient, permettant au secteur de s’élargir en intégrant de nombreux domaines pour récréer des objets utiles. Du secteur médical à l’automobile, en passant par la restauration… Toutes les filières sont concernées.

Le principal inconvénient de ces machines est leur temps d’impression.

Jusqu’à aujourd’hui, le processus d’impression 3D est assez complexe. L’objet est imprimé couche par couche, pour former petit à petit les pièces en volume, du bas vers le haut.
Ce procédé minutieux prend souvent des heures de réalisation avant d’obtenir la réplique de l’objet souhaité.

La méthode des chercheurs de l’EPFL pourrait bien changer la donne. Avec elle, de petits objets s’impriment en 3D en moins d’une minute.
Un record qui pourrait révolutionner l’impression 3D, avec un potentiel d’exploitation dans des domaines majeurs comme le secteur médical.

// À (re)lire : « XReef » : l’impression 3D au secours des fonds marins

Une impression fondée sur la lumière

Pour réaliser ces impressions 3D, on utilise la tomographie. Cette technique d’imagerie provient surtout de l’imagerie médicale (scanners), mais elle est aussi utilisée en géophysique, en astrophysique et en mécanique des matériaux.

La tomographie reconstruit le volume d’un objet à partir d’une série de mesures réalisées au préalable depuis l’extérieur de l’objet. Grâce à ces séries de radiographies à 2 dimensions, on obtient une description 3D des structures internes de l’objet.

Toute cette fabrication repose donc sur la lumière, comme le confirme Paul Delrot, directeur de la technologie de Readily3D « Tout est une question de lumière ».

Les chercheurs dirigent un faisceau laser qui transperce une résine photosensible.
Ici, c’est un gel biologique ou du plastique à l’état liquide qui est utilisé. La lumière produite par le faisceau permet de sculpter la matière, en chauffant plus ou moins certaines parties.

En transperçant la résine photosensible, le laser durcit le liquide sur les zones voulues. Cette solidification permet d’obtenir un objet d’un seul et même bloc. Ce processus est obtenu grâce à la polymérisation : l’assemblage de plusieurs petites molécules pour n’en former qu’une seule, plus grosse.

Ce procédé résulte aussi de la précision des algorithmes, qui déterminent la puissance et les angles de direction du faisceau.

« Le laser durcit le liquide grâce à un processus de polymérisation. En fonction de l’objet à façonner, nous utilisons des algorithmes pour calculer exactement où nous devons diriger les faisceaux, selon des angles précis et à quelle dose » détaille Paul Delrot.

Cette technique permet de créer des objets d’une traite, contrairement à la création segment par segment à laquelle le secteur est habitué. En effet, comme son nom l’indique, l’impression 3D additive ne permet pas de créer d’objet en une seule fois.

Grâce à la lumière et aux algorithmes, les objets imprimés bénéficient d’une résolution et d’une précision inédite par rapport aux réalisations actuelles.

// À (re)lire : Impression 3D : des gobelets biodégradables fabriqués à partir de… peaux d’oranges ! 

Diverses applications notamment dans le secteur médical

À ce stade des recherches, l’étude des chercheurs indique que « le système est actuellement capable de fabriquer des structures de deux centimètres avec une précision de 80 micromètres, soit à peu près le diamètre d’une mèche de cheveux. Nous pensons que cette précision pourrait être portée à 15 centimètres dans le futur. »

Les chercheurs pensent que leurs recherches s’avéreront très utiles dans de nombreux domaines, avec une attention particulière pour le secteur médical qui devrait être le grand bénéficiaire de l’innovation.

Le fait que cette impression parte de différentes parties d’objets avec des textures différentes montre que cette technique s’adapterait parfaitement à des domaines tels que la médecine ou la biologie. De fait, la création d’objets « mous » constitués de matière organique est alors rendue possible. Des prothèses auditives, tissus biologiques, organes ne sont que quelques exemples de cette liste non exhaustive…

Certes, les imprimantes 3D actuelles en sont déjà capables. Or le résultat n’est souvent pas à la hauteur des attentes. Les objets ont tendance à se dégrader rapidement, à l’inverse de ce que promet cette nouvelle technique.

Par ailleurs, pour éviter toute contamination l’impression est réalisée à l’intérieur d’un récipient stérile et scellé.

Dans leur étude les chercheurs précisent que des modèles d’artères ont déjà été imprimés puis testés par un chirurgien. Et « les résultats de l’essai ont été extrêmement encourageants », indique Paul Delrot.

« Le procédé pourrait également être utilisé dans des débouchés intéressants pour construire rapidement de petites pièces en silicone ou en acrylique qui n’ont pas besoin d’être retouchées après impression », précise Christophe Moser, directeur de l’EPFL.

Une technique convoitée

Le fait est que les chercheurs de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne ne sont pas les seuls dans cette course. Forts de leur découverte, ils accélèrent le pas avec la création de la start-up « Readily3D » qui entend développer et commercialiser leur système d’impression 3D.

La concurrence se compose notamment de chercheurs californiens. Ces derniers étudient un système équivalent pour des impressions rapides et précises.

Il y a aussi l’Université du Michigan, qui a dévoilé en janvier 2019 son projet « Rapid, continuous additive manufacturing by volumetric polymerization inhibition patterning ». Celui-ci suit le principe de photopolymérisation. Ici, on ne s’appuie pas sur une seule source lumineuse, mais deux. La première solidifie la résine pendant que la seconde freine cette solidification. Le tout permet un meilleur contrôle du processus et une optimisation de la solidification des polymères, le tout en réduisant le temps de fabrication.

Ces optimisations technologiques sont prometteuses, non seulement pour le secteur de l’impression 3D mais aussi pour toutes les filières qu’elle pourrait servir. Jusqu’où iront les capacités de la machine à impression 3D de demain ? Cette innovation encore à ses prémices n’a pas fini de nous étonner.

Rejoignez-nous 

Vos études touchent à leurs fins ou vous êtes à la recherche de nouveaux défis ? Alors rejoignez Adentis dès aujourd’hui en cliquant sur le lien ci-dessous :

>> Je veux rejoindre Adentis <<