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  • Imprimante 3D avec nano-précision

    Une voiture de course de 285 µm, imprimé à l'Université de technologie de Vienne

    L'impression d'objets en trois dimensions avec des détails incroyablement fins est désormais possible grâce à la « lithographie à deux photons ». Avec cette technologie, de minuscules structures à l'échelle nanométrique peuvent être fabriquées. Des chercheurs de l'Université de technologie de Vienne (TU Vienne) ont fait une percée majeure en accélérant cette technique d'impression :l'imprimante 3D haute précision de la TU Vienne est de plusieurs ordres de grandeur plus rapide que des appareils similaires (voir vidéo). Cela ouvre de tout nouveaux domaines d'application, comme en médecine.

    L'imprimante 3D utilise une résine liquide, qui est durci précisément aux bons endroits par un faisceau laser focalisé. Le foyer du faisceau laser est guidé à travers la résine par des miroirs mobiles et laisse derrière lui une ligne polymérisée de polymère solide, à peine quelques centaines de nanomètres de large. Cette haute résolution permet la création de sculptures à la structure complexe, aussi minuscules qu'un grain de sable. « Jusqu'à maintenant, cette technique était autrefois assez lente », déclare le professeur Jürgen Stampfl de l'Institut des sciences et technologies des matériaux de la TU de Vienne. "Auparavant, la vitesse d'impression était mesurée en millimètres par seconde - notre appareil peut parcourir cinq mètres en une seconde." En lithographie à deux photons, c'est un record du monde.

    La vidéo montre le processus d'impression 3D en temps réel. Grâce au guidage très rapide du faisceau laser, 100 couches, composé d'environ 200 lignes simples chacune, sont produits en quatre minutes.

    Ce progrès incroyable a été rendu possible en combinant plusieurs nouvelles idées. « Il était crucial d'améliorer le mécanisme de contrôle des rétroviseurs », dit Jan Torgersen (TU Vienne). Les miroirs sont continuellement en mouvement pendant le processus d'impression. Les périodes d'accélération et de décélération doivent être réglées très précisément pour obtenir des résultats haute résolution à une vitesse record.

    Un modèle de la cathédrale Saint-Étienne, Vienne. Crédit :Klaus Cicha

    L'impression 3D n'est pas qu'une question de mécanique - les chimistes ont également eu un rôle crucial à jouer dans ce projet. « La résine contient des molécules, qui sont activés par la lumière laser. Ils induisent une réaction en chaîne dans d'autres composants de la résine, dits monomères, et les transformer en un solide », dit Jan Torgersen. Ces molécules initiatrices ne sont activées que si elles absorbent deux photons du faisceau laser à la fois - et cela ne se produit qu'au centre même du faisceau laser, où l'intensité est la plus élevée. Contrairement aux techniques d'impression 3D conventionnelles, le matériau solide peut être créé n'importe où dans la résine liquide plutôt que sur la couche précédemment créée uniquement. Par conséquent, la surface de travail n'a pas besoin d'être spécialement préparée avant que la couche suivante puisse être produite (voir Vidéo), ce qui fait gagner beaucoup de temps. Une équipe de chimistes dirigée par le professeur Robert Liska (TU Vienne) a développé les initiateurs appropriés pour cette résine spéciale.

    Le Tower Bridge de Londres. Crédit :Klaus Cicha

    Des chercheurs du monde entier travaillent aujourd'hui sur des imprimantes 3D, dans les universités comme dans l'industrie. « Notre avantage concurrentiel ici à l'Université de technologie de Vienne vient du fait que nous avons des experts dans des domaines très différents, travailler sur différentes parties du problème, dans une seule université », Jürgen Stampfl souligne. En science des matériaux, l'ingénierie des procédés ou l'optimisation des sources lumineuses, il y a des experts qui travaillent ensemble et qui proposent des idées mutuellement stimulantes.

    En raison de la vitesse considérablement augmentée, des objets beaucoup plus grands peuvent maintenant être créés dans un laps de temps donné. Cela fait de la lithographie à deux photons une technique intéressante pour l'industrie. A la TU Vienne, les scientifiques développent maintenant des résines biocompatibles pour des applications médicales. Ils peuvent être utilisés pour créer des échafaudages auxquels des cellules vivantes peuvent se fixer facilitant la création systématique de tissus biologiques. L'imprimante 3D pourrait également être utilisée pour créer des pièces de construction sur mesure pour la technologie biomédicale ou la nanotechnologie.


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