L'impression 3D a changé le monde. Cela a permis aux secteurs de l'aérospatiale, du médical, de l'automobile, de la fabrication et à de nombreux autres secteurs de personnaliser des pièces et des prototypes d'une manière jamais réalisée auparavant. Il a considérablement augmenté la flexibilité et la rentabilité tout en réduisant les déchets et les temps de production. Mais de nombreux matériaux imprimés en 3D ne sont pas les plus résistants.
Une équipe de chimistes et de scientifiques des matériaux de Sandia espère changer cela. Ils ont développé un nouveau processus d'impression qui permet d'imprimer des matériaux non métalliques plus résistants en un temps record, cinq fois plus rapide que l'impression 3D traditionnelle.
"Cela ouvre un tout nouveau monde de ce que vous pouvez construire et de l'utilisation des matériaux 3D", a déclaré le scientifique des matériaux Samuel Leguizamon.
Il a dirigé l’équipe qui a développé SWOMP, qui signifie Selective Dual-Wavelength Olefin Metathesis 3D-Printing. Comme son nom l'indique, il utilise une lumière à double longueur d'onde, contrairement au processus d'impression traditionnel.
Traditionnellement, l'impression 3D en cuve est réalisée en irradiant une cuve de résine liquide photosensible selon le motif souhaité.
Lorsque la résine est exposée à la lumière située sous la cuve, elle durcit et durcit pour former une couche de polymère. Le polymère durci est ensuite soulevé et un nouveau motif est projeté en dessous pour durcir les couches suivantes.
Un défi :en durcissant, le polymère adhère à la couche précédente et au fond de la cuve. Après chaque couche, le polymère durci doit être lentement décollé de la cuve pour éviter tout dommage, ralentissant considérablement le processus d'impression 3D.
La créatrice Leah Appelhans a déclaré que c'était un peu comme préparer des biscuits. "Après avoir cuit les biscuits, vous devez les laisser refroidir. Si vous essayez de décoller le biscuit chaud de la plaque à biscuits, il est spongieux et se brise. La même chose se produirait avec une imprimante 3D si vous essayiez de le faire rapidement. imprimer chaque couche. Votre travail serait déformé."
Samuel, Leah, l'ancien Sandian Jeff Foster et le scientifique des polymères Alex Commisso ont trouvé un moyen de refroidir les « cookies » plus rapidement.
La clé est de combiner deux lumières. Dans ce cas, la lumière ultraviolette et bleue.
L'équipe s'est inspirée d'une technique connue sous le nom d'impression continue à interface liquide ainsi que d'une approche d'impression utilisant une lumière à double longueur d'onde pour les polymérisations à base d'acrylique.
Avec cela, ils ont créé SWOMP.
"Vous imprimez toujours couche par couche, mais vous utilisez une deuxième longueur d'onde de lumière pour empêcher la polymérisation au fond de la cuve. Elle n'adhère donc pas au fond", a expliqué Samuel. "Cela signifie que vous pouvez soulever la pièce en polymère durci plus rapidement et accélérer considérablement le processus d'impression."
Mais ce nouveau processus n’est pas seulement une question d’efficacité. Il s’agit de rendre les matériaux imprimés en 3D plus solides et plus polyvalents. La plupart des matériaux imprimés par polymérisation en cuve sont à base d'acrylique et ne constituent pas le matériau le plus résistant.
"Il est vraiment difficile d'utiliser ces matériaux dans des domaines tels que l'aviation, l'espace, l'aérospatiale et l'automobile. Ce sont des environnements très difficiles", a déclaré Bob Sleeper, responsable des licences chez Sandia.
Cette équipe s'est tournée vers le matériau dicyclopentadiène, couramment utilisé dans la production de peintures, de vernis et de retardateurs de flamme pour les plastiques. Ils ont pu développer un moyen de le polymériser plus rapidement avec la lumière afin qu'il puisse être utilisé plus efficacement dans l'impression 3D.
"Nous avons remplacé les éléments constitutifs des matériaux à base d'acrylique par des matériaux à base d'oléfine", a déclaré Samuel. "Ce qui nous permet d'imprimer des matériaux beaucoup plus résistants."
"C'est la beauté de ce qu'ils font", a déclaré Bob. "Vous disposez de pièces en plastique de très haute qualité qui sont fabriquées de manière très précise en utilisant un peu de lumière d'une manière très originale."
Cette équipe espère que son nouveau processus d'impression ouvrira le monde de l'impression 3D.
"Ce que nous essayons de faire, c'est de constituer la boîte à outils du matériel disponible", a déclaré Leah. "Nous voulons que les concepteurs, les chercheurs et les ingénieurs puissent sélectionner le type de matériau qu'ils souhaitent utiliser."
Un jour, ils espèrent voir ces pièces imprimées en 3D dans des fusées, des moteurs, des batteries, peut-être même dans des applications de fusion. Samuel a déclaré qu'ils discutaient déjà avec des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory pour explorer des applications. "Il s'avère que les monomères sont déjà utilisés dans les composants de fusion. On ne pense généralement pas à un polymère utilisé dans la fusion, mais c'est un potentiel vraiment cool et passionnant."
L’équipe voit également un monde dans lequel l’impression 3D pourrait être réalisée plus facilement dans des zones reculées. "Nous étudions des endroits où les machines et les pièces ne sont pas facilement disponibles ; comme dans l'espace, sur la Lune ou au Moyen-Orient dans une base militaire américaine", a déclaré Bob. "Vous pouvez apporter avec vous des matériaux légers et fabriquer tout ce dont vous avez besoin sur place."
Samuel, qui a grandi dans la petite ville de Wagener, en Caroline du Sud, réfléchit également à des applications qui pourraient aider plus près de chez lui.
"J'ai des chevaux. J'ai grandi dans une zone rurale, mon père était maréchal-ferrant, alors je réfléchis à des façons de fabriquer des fers à cheval pour les chevaux de course. Ils doivent être résistants aux chocs, mais en modifiant les propriétés des matériaux, le stress peut être mieux étalées et impactées au bon endroit sur le sabot. Vous pourriez les considérer comme des semelles intérieures pour chevaux."
Les possibilités sont infinies.
"Je pense que ce qui m'a attiré vers la chimie en premier lieu, c'est la possibilité de créer quelque chose qui n'a jamais existé auparavant", a déclaré Leah. "Ce qui est amusant avec l'impression 3D, c'est que vous appliquez ces connaissances chimiques à quelque chose qui a un résultat très concret. Quelque chose que vous pouvez voir et tenir entre vos mains."
Fourni par Sandia National Laboratories
