Des chercheurs du Dartmouth College ont développé une encre intelligente qui transforme les structures imprimées en 3D en objets pouvant changer de forme et de couleur. L'innovation promet d'ajouter encore plus de fonctionnalités à l'impression 3D et pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de matériel imprimé.

L'avancée dans le domaine de l'impression intelligente à changement de forme - également connue sous le nom d'impression 4D - offre une alternative peu coûteuse à l'impression de pièces de précision pour des utilisations dans des domaines allant de la biomédecine à l'industrie de l'énergie.

« Cette technique donne vie à des objets imprimés en 3D, " dit Chenfeng Ke, professeur adjoint de chimie à Dartmouth. "Alors que de nombreuses structures imprimées en 3D ne sont que des formes qui ne reflètent pas les propriétés moléculaires du matériau, ces encres apportent des molécules fonctionnelles au monde de l'impression 3D. Nous pouvons désormais imprimer des objets intelligents pour une variété d'utilisations."

De nombreux protocoles d'impression 3D reposent sur des résines photopolymérisables et donnent des objets en plastique dur avec des mais des architectures moléculaires aléatoires. Le nouveau processus permet aux concepteurs de conserver des alignements moléculaires et des fonctions spécifiques dans un matériau et de convertir ces structures pour une utilisation dans l'impression 3D.

En utilisant une combinaison de nouvelles techniques dans les processus de pré-impression et de post-impression, les chercheurs ont pu réduire les objets imprimés à 1 % de leur taille d'origine et avec une résolution 10 fois supérieure. Les objets imprimés en 3D peuvent même être animés pour s'étendre et se contracter à plusieurs reprises grâce à l'utilisation de piliers supramoléculaires. Avec des trackers fluorescents, les objets peuvent être amenés à changer de couleur en réponse à un stimulus externe tel que la lumière.

La possibilité de réduire la taille d'un objet après l'impression tout en préservant les caractéristiques fonctionnelles et en augmentant la résolution permet aux imprimantes bon marché d'imprimer des objets haute résolution qui n'étaient autrefois possibles qu'avec des imprimantes beaucoup plus sophistiquées.

Selon l'étude, qui a été sélectionné comme papier VIP par Angewandte Chemie , le journal de la Société chimique allemande, l'encre intelligente peut imprimer à l'état brut, Résolution de 300 microns, mais le produit final présenterait une largeur de trait beaucoup plus fine de 30 microns.

"Ce processus peut utiliser un 1 $, 000 imprimante pour imprimer ce qui nécessitait un 100 $, 000 imprimante, " a déclaré Ke. " Cette technique est évolutive, largement adaptable et peut réduire considérablement les coûts."

Pour créer l'encre intelligente, les chercheurs ont utilisé un « véhicule » à base de polymères qui intègre des systèmes moléculaires intelligents dans un gel d'impression et permet la transformation de leurs fonctions du nanosacle à l'échelle macro.

Alors que la plupart des matériaux sont facilement durcis pendant le processus d'impression 3D, le nouveau procédé introduit une série de réactions post-impression qui verrouillent les ingrédients actifs ensemble et conservent la forme de la structure moléculaire tout au long du processus d'impression.

Le résultat est un objet imprimé avec un design moléculaire qui est programmé pour se transformer :si vous lui fournissez du carburant chimique, il change de forme. Si vous l'éclairez, il peut changer de couleur.

"C'est quelque chose que nous n'avons jamais vu auparavant. Non seulement nous pouvons imprimer des objets en 3D, nous pouvons dire aux molécules de ces objets de se réorganiser à un niveau visible à l'œil nu après l'impression. Ce développement pourrait libérer le grand potentiel pour le développement de matériaux intelligents, " dit Ke.

Alors que les chercheurs pensent que la technologie est encore loin des systèmes 3D intelligents qui peuvent changer dynamiquement leur configuration, les utilisations actuelles de la technologie pourraient être l'impression de filtres de précision et de dispositifs de stockage. Heures supplémentaires, les chercheurs s'attendent à ce que le processus puisse aboutir à une nouvelle classe d'objets imprimés en 3D à grande échelle pouvant être utilisés pour administrer des médicaments ou produire des remplacements osseux haute résolution.

Selon l'équipe de recherche impliquée dans l'étude :« Nous pensons que cette nouvelle approche lancera le développement de matériaux d'impression 3D à base de petites molécules et accélérera considérablement le développement de matériaux et d'appareils intelligents au-delà de notre compréhension actuelle, capables d'effectuer des tâches complexes dans réponse aux stimuli environnementaux."

Dans l'immédiat, les chercheurs s'attendent à ce que les encres intelligentes soient utiles aux chimistes des matériaux, Ingénieurs en impression 3D et autres intéressés par l'intégration de matériaux fonctionnels dans l'impression 3D.