La fabrication de structures thermoplastiques 3D de forme libre impliquant des structures en porte-à-faux (non ancrées) est illustrée avec succès par la modélisation par dépôt de fusion (FDM) et l'écriture directe à l'encre (DIW), encore limité en termes de matériaux applicables et de conditions d'impression. L'impression 3D de structures de forme libre nécessite des matériaux de support qui permettent l'impression de thermoplastiques dans des emplacements non ancrés.

Afin de résoudre la difficulté de fabrication de forme libre via l'impression par extrusion, l'utilisation de gels microparticulaires comme milieu d'enrobage a été largement explorée. Ces méthodes sont collectivement appelées impression 3D intégrée (e3DP).

Dans ces manifestations, les gels se sont comportés comme des plastiques Bingham avec un faible module et une faible limite d'élasticité lors de l'impression de résines à faible viscosité. e3DP a permis la fabrication de formes libres de différents matériaux tels que les silicones, hydrogels, alliages de coulée, colloïdes, et des hydrogels contenant des cellules vivantes.

Malgré toutes ces études réussies, la fabrication de formes libres de thermoplastiques n'a pas été démontrée avec e3DP. En effet, les thermoplastiques fondus et les buses sont typiquement supérieurs à 100°C, et ils ne sont pas compatibles avec les milieux de support constitués d'hydrogels microparticulaires.

Des chercheurs du laboratoire Soft Fluidics de l'Université de technologie et de design de Singapour (SUTD) ont développé une méthode simple pour imprimer en 3D des thermoplastiques à l'aide de supports intégrés de manière libre, appelée précipitation de polymère de forme libre (FPP).

Dans FPP, les gels microparticulaires en tant que milieux environnants offraient simultanément deux fonctions essentielles. Les gels microparticulaires ont fourni un support structurel à l'encre imprimée et ont induit le changement de phase de l'encre imprimée par précipitation par immersion. L'impression 3D basée sur la précipitation par immersion avec les microparticules environnantes a déverrouillé la capacité de fabrication de formes libres de thermoplastiques.

L'étude a démontré l'utilisation de gels microparticulaires à base d'eau et d'éthanol comme gels environnants qui ont permis d'utiliser un nombre accru de solvants et de polymères dans le FPP. Les encres polymères à faible concentration en polymères (à faible viscosité) et les encres avec agents porogènes conféraient une porosité interne aux structures imprimées.

"Notre approche a surmonté la limitation de l'utilisation des supports microparticulaires pour la fabrication de structures de forme libre de thermoplastiques, pour la première fois, utilisant la précipitation par immersion d'encres polymères dans des gels microparticulaires, " a déclaré l'auteur principal de l'article, le Dr Rahul Karyappa de SUTD.

"FPP offre un moyen unique de fabriquer des composants mécaniquement résistants constitués de thermoplastiques dans diverses formes 3D sans matériaux de support. Cela élargit les technologies disponibles de fabrication additive, " a ajouté le chercheur principal, Professeur agrégé Michinao Hashimoto de SUTD.