Impression 3D aux couleurs brillantes à l'aide de cristaux liquides

a) Vue d'ensemble de l'élément central en écriture directe à l'encre (DIW) :la seringue avec microbuse. Sont indiqués les emplacements de l'encre, du chauffe-ballon (pour DIW à température contrôlée), de la microbuse et de l'objet imprimé. Le panneau de droite montre une vue rapprochée schématique de la buse et certains paramètres de processus importants dans DIW :le diamètre de la buse, l'épaisseur de la couche déposée et la vitesse de déplacement de la buse sur le substrat. b) Machine DIW dans le laboratoire entourée de l'équipement de contrôle. c, d) Vues rapprochées d'une encre cristalline liquide déposée à partir de la microbuse. Crédit :Université de technologie d'Eindhoven. https://pure.tue.nl/ws/portalfiles/portal/197812781/20220330_Sol_hf.pdf

Qu'est-ce que les cosmétiques, les finitions automobiles, les passeports, les billets de banque, les insectes tropicaux et les huîtres ont en commun ? La couleur est formée par une organisation microscopique spécifique de la matière constituant le matériau, souvent appelée « irisée » ou « holographique », toutes deux se référant à l'aspect coloré flashy et arc-en-ciel. L'ingénieur chimiste Jeroen Sol a exploré comment les cristaux liquides pourraient être utilisés comme matériau d'encre polyvalent pour générer des revêtements colorés aussi brillants.

L'impression 3D a trouvé un attrait grand public au cours des deux dernières années. Les techniques relevant de ce nom ont été utilisées pour fabriquer des pièces de protection faciale, des vélos de course de haute technologie et trouvent également une utilisation dans des procédures médicales personnalisées. Audacieusement dit :s'il peut être imaginé, il peut être imprimé - à l'exception de nos couleurs irisées. Un rapide coup d'œil dans l'atelier d'impression 3D vous montrera des matériaux d'impression dans toutes les couleurs de l'arc-en-ciel, mais recherchez le scintillement brillant d'une huître, et votre recherche sera vaine.

Aspect scintillant brillant

Dans sa thèse de doctorat, Jeroen Sol décrit comment les "cristaux liquides" peuvent être utilisés pour combler ce vide. Les cristaux liquides sont couramment utilisés dans les écrans d'ordinateur et les téléviseurs, mais leurs possibilités s'étendent beaucoup plus loin après quelques modifications chimiques. Les cristaux liquides de la variété "cholestérique" reflètent de manière spectaculaire les couleurs comme dans les exemples de l'introduction, mais sont toujours très liquides.

Initialement, Sol montre que des films de tels cristaux liquides cholestériques structurellement colorés peuvent être brisés à l'aide d'ultrasons, qui transforment de grands films en petits flocons submillimétriques. Le mélange de ces flocons dans un plastique d'impression 3D transparent donne un filament avec un aspect brillant et scintillant. Les objets imprimés avec ce matériau présentent également cette coloration attrayante.

L'étape suivante - des appareils imprimés en 3D entièrement colorés structurellement - a nécessité de repenser le processus d'impression et, par conséquent, l'encre de base. Pour ce processus différent, "l'écriture directe à l'encre", Sol a modifié chimiquement le cristal liquide cholestérique pour avoir une consistance entre le miel et le beurre de cacahuète lisse.

Les objets imprimés à l'aide de cette encre présentaient une couleur vive qui changeait selon le point d'observation. De plus, l'irisation de ces objets semble non seulement être décidée lors de la préparation de l'encre, mais les paramètres d'impression jouent également un rôle énorme. « Plutôt que d'être un inconvénient, cela présente des opportunités :une seule encre peut être utilisée pour plusieurs apparences distinctes », déclare Sol.

Impression 4D

Cette encre polyvalente a servi de point de départ pour "l'impression 4D" de matériaux irisés. Grâce à une modification supplémentaire de l'encre à cristaux liquides cholestériques colorés Sols, cette "quatrième dimension" sera illustrée sous la forme d'un changement de couleur en réponse à l'eau. Inspirés du monde naturel, comme les coléoptères tropicaux, les objets afficheront des transitions de couleurs spectaculaires en réponse aux changements d'humidité atmosphérique.

Lorsqu'elle est imprimée seule, l'encre cholestérique peut également être utilisée pour des objets qui se déforment de manière réversible de manière préprogrammée en réponse à l'humidité. Inspiré des coquilles Saint-Jacques, un démonstrateur est présenté qui s'enferme dans une atmosphère fortement humide, et s'ouvre à l'air sec.

Sol :"Si cette thèse démontre quelque chose, c'est que, alors que l'avenir de l'impression 3D a déjà été largement considéré comme brillant, les cristaux liquides colorés imprimés ici le rendent encore plus brillant." + Explorer plus loin