La fabrication de structures complexes en céramique ou en verre par stéréolithographie, un type d'impression 3D, a longtemps été freiné par le temps passé à la fin du processus, ce qui peut aller jusqu'à deux jours. Une nouvelle technique réduit désormais ce temps à moins de cinq heures.

La stéréolithographie imprime des objets à partir de fichiers CAO à partir d'une poudre en suspension dans un liquide. Les objets sont construits couche par couche à partir de ce liquide en projetant un laser dans la suspension liquide et poudre, qui s'appelle un colloïde. (Du lait, par exemple, est aussi un colloïde, mais un composé de graisses de lait en suspension dans l'eau)

Le laser provoque la réunion de certaines particules sensibles à la lumière, ou "liaison croisée, " et forment des couches de particules incrustées dans des polymères (longues chaînes de molécules) - un processus de durcissement appelé " durcissement ". Le laser " écrit " en effet des couches dans la suspension liquide, et ces couches, imprimés les uns sur les autres, former un objet 3D composé du liant et de la poudre.

La stéréolithographie en céramique ou en verre a le potentiel de fabriquer des pièces avec des géométries beaucoup plus précises et complexes qui étaient auparavant impossibles, y compris les objets creux ou ceux avec des structures internes complexes qui peuvent réduire le poids tout en maintenant la force. Une telle complexité de conception en céramique et en verre offre une multitude de nouvelles technologies biomédicales, de construction, et les applications des systèmes énergétiques.

L'objet guéri, dit « vert » une fois imprimé, est soumis à quelques étapes supplémentaires à haute température :déliantage, ou l'élimination de ses agents liants ; et frittage, dans lequel les particules de poudre sont solidement fusionnées. Après déliantage, l'objet est dit "marron, " et le produit fini peut être obtenu après frittage.

Cependant, afin d'éviter l'effondrement structurel au cours de ce processus en raison de la production de bulles de gaz qui pourraient briser la céramique ou le verre solide mais cassant, le déliantage et le frittage s'effectuent extrêmement lentement, prend généralement jusqu'à 48 heures.

"Jusqu'à maintenant, cette contrainte chronophage et coûteuse a limité les pièces en verre et en céramique imprimées en 3D à des applications hautement spécialisées, " dit Motoyuki Iijima, chercheur en ingénierie à l'Université nationale de Yokohama, dont l'équipe a développé une nouvelle recette de colloïdes qui réduit fortement le temps de déliantage et de frittage.

"Ce que vous voulez plutôt, c'est vous rapprocher de la vitesse de production conventionnelle du verre ou de la céramique, mais combiné à la complexité offerte par l'impression 3D et les processus de fabrication additive similaires."

L'équipe de recherche a publié ses résultats dans la revue Supports de communication le 20 mai.

Pour prouver leur concept de recette, les chercheurs voulaient fabriquer du verre transparent. Cette recette particulière de colloïdes prend des particules de silice (SiO 2 ) qui ont été modifiés avec de la polyéthylèneimine (un type de polymère) et de l'acide oléique, un type d'acide gras présent dans de nombreuses graisses ou huiles animales et végétales. Ces particules sont ensuite mélangées dans un solvant à base d'alcool avec un photo-initiateur, l'ingrédient de la recette qui est sensible à la lumière et initie le durcissement.

Surtout, la recette permet également une quantité de monomères inférieure à la normale, les particules qui effectuent la réticulation, par rapport à la stéréolithographie conventionnelle du verre et de la céramique, et encourage plus de réticulation par d'autres particules.

Normalement, la grande quantité de monomères nécessite le processus lent de déliantage et de frittage, car une combustion rapide des monomères générerait le gaz qui menace la structure de l'objet. En utilisant seulement de petites quantités de monomères dans le colloïde, les chercheurs ont réussi à réduire le temps de déliantage et de frittage à moins de cinq heures.

Ayant démontré la rapidité de ce procédé pour le verre transparent, les chercheurs veulent maintenant étendre la recette de la suspension liquide, avec son temps de traitement court, à tout type de céramique ou de verre.