Les chercheurs de l'ETH ont utilisé un processus d'impression 3D pour produire des objets en verre complexes et très poreux. La base pour cela est une résine spéciale qui peut être durcie avec une lumière UV.

Produire des objets en verre par impression 3D n'est pas chose aisée. Seuls quelques groupes de chercheurs dans le monde ont tenté de produire du verre en utilisant des méthodes additives. Certains ont fabriqué des objets en imprimant du verre en fusion, mais l'inconvénient est que cela nécessite des températures extrêmement élevées et un équipement résistant à la chaleur. D'autres ont utilisé des particules de céramique en poudre qui peuvent être imprimées à température ambiante puis frittées plus tard pour créer du verre; cependant, les objets ainsi produits ne sont pas très complexes.

Des chercheurs de l'ETH Zurich ont maintenant utilisé une nouvelle technique pour produire des objets en verre complexes par impression 3D. La méthode est basée sur la stéréolithographie, l'une des premières techniques d'impression 3D développées dans les années 1980. David Moore, Lorenzo Barbera, et Kunal Masania dans le groupe Matériaux complexes dirigé par le processeur ETH André Studart ont développé une résine spéciale qui contient un plastique, et les molécules organiques auxquelles sont liés les précurseurs du verre. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans le dernier numéro de la revue Natural Materials.

Lumière utilisée pour "faire pousser" des objets

La résine peut être traitée à l'aide de la technologie de traitement numérique de la lumière disponible dans le commerce. Cela implique d'irradier la résine avec des motifs de lumière UV. Partout où la lumière frappe la résine, il durcit parce que les composants sensibles à la lumière de la résine polymère se réticulent aux points exposés. Les monomères plastiques se combinent pour former une structure en forme de labyrinthe, créer le polymère. Les molécules céramiques remplissent les interstices de ce labyrinthe.

Un objet peut ainsi être construit couche par couche. Les chercheurs peuvent modifier divers paramètres dans chaque couche, y compris la taille des pores :une faible intensité lumineuse entraîne des pores larges ; un éclairage intense produit de petits pores. "Nous avons découvert que par accident, mais nous pouvons l'utiliser pour influencer directement la taille des pores de l'objet imprimé, " dit Masania.

Les chercheurs sont également capables de modifier la microstructure, couche par couche, en mélangeant de la silice avec du borate ou du phosphate et en l'ajoutant à la résine. Les objets complexes peuvent être fabriqués à partir de différents types de verre, ou même combinés dans le même objet en utilisant la technique.

Les chercheurs cuisent ensuite l'ébauche ainsi réalisée à deux températures différentes :à 600˚C pour brûler la charpente polymère puis à environ 1000˚C pour densifier la structure céramique en verre. Pendant le processus de cuisson, les objets rétrécissent considérablement, mais deviennent transparents et durs comme du verre à vitre.

Demande de brevet déposée

Ces objets en verre imprimés en 3D ne sont toujours pas plus gros qu'une matrice. Grands objets en verre, comme des bouteilles, verres à boire ou vitres, ne peut pas être produit de cette manière - ce qui n'était pas réellement le but du projet, dit Masania.

L'objectif était plutôt de prouver la faisabilité de la réalisation d'objets en verre de géométrie complexe à l'aide d'un procédé d'impression 3D. Cependant, la nouvelle technologie n'est pas qu'un gadget. Les chercheurs ont déposé une demande de brevet et négocient actuellement avec un grand marchand de verrerie suisse qui souhaite utiliser la technologie dans son entreprise.