Des alunissages aux téléphones portables, bon nombre des visions farfelues de la science-fiction se sont transformées en réalité. Dans le dernier exemple de cette tendance, les scientifiques rapportent qu'ils ont développé une imprimante puissante qui pourrait rationaliser la création de structures auto-assemblées qui peuvent changer de forme après avoir été exposées à la chaleur et à d'autres stimuli. Ils disent que cette technologie unique pourrait accélérer l'utilisation de l'impression 4D dans l'aérospatiale, la médecine et d'autres industries.

Les chercheurs présentent leurs travaux aujourd'hui à la 255e réunion et exposition nationale de l'American Chemical Society (ACS).

« Nous sommes sur le point de créer une nouvelle génération d'appareils qui pourraient considérablement étendre les applications pratiques de l'impression 3D et 4D, " H. Jerry Qi, Doctorat., dit. "Notre prototype d'imprimante intègre de nombreuses fonctionnalités qui semblent simplifier et accélérer les processus utilisés dans l'impression 3D traditionnelle. En conséquence, nous pouvons utiliser une variété de matériaux pour créer des composants durs et mous en même temps, incorporer le câblage conducteur directement dans les structures changeantes de forme, et finalement préparé le terrain pour le développement d'une multitude de produits 4-D qui pourraient remodeler notre monde."

L'impression 4D est une technologie émergente qui permet aux composants imprimés en 3D de changer de forme au fil du temps après exposition à la chaleur, léger, l'humidité et d'autres déclencheurs environnementaux. Cependant, L'impression 4D reste un défi, en partie parce qu'il nécessite souvent des étapes de post-traitement complexes et longues pour programmer mécaniquement chaque composant. En outre, de nombreux imprimeurs commerciaux ne peuvent imprimer que des structures 4-D composées d'un seul matériau.

L'année dernière, Qi et ses collègues du Georgia Institute of Technology, en collaboration avec des scientifiques de l'Université de technologie et de design de Singapour, utilisé un composite fait d'acrylique et d'époxy avec une imprimante commerciale et une source de chaleur pour créer des objets en 4D, comme une fleur qui peut fermer ses pétales ou une étoile qui se transforme en dôme. Ces objets ont transformé leur forme jusqu'à 90 % plus rapidement qu'auparavant, car les scientifiques ont intégré les étapes fastidieuses de programmation mécanique directement dans le processus d'impression 3D. Fort de ce travail, les chercheurs ont cherché à développer une imprimante tout-en-un pour relever d'autres défis d'impression 4D et rapprocher la technologie de l'application pratique.

La machine qu'ils ont finalement conçue combine quatre techniques d'impression différentes, y compris aérosol, jet d'encre, écriture directe à l'encre et modélisation par dépôt fusionné. Il peut gérer une multitude de matériaux rigides et élastiques, y compris les hydrogels, encres conductrices à base de nanoparticules d'argent, élastomères à cristaux liquides et polymères à mémoire de forme, ou SMP. SMP, qui sont les substances les plus couramment utilisées dans l'impression 4-D, peut être programmé pour "se souvenir" d'une forme, puis se transformer en elle lorsqu'il est chauffé. Avec cette nouvelle technologie, les chercheurs peuvent imprimer des SMP de meilleure qualité capables de faire des changements de forme plus complexes que par le passé, ouvrant la porte à une multitude d'applications et de conceptions 4-D fonctionnelles.

Les chercheurs peuvent également utiliser l'imprimante pour projeter une gamme de blancs, nuances de lumière grises ou noires pour former et durcir un composant en un solide. Cet éclairage en niveaux de gris déclenche une réaction de réticulation qui peut altérer le comportement du composant, en fonction de l'échelle de gris de l'ombre brillait dessus. Donc, par exemple, une teinte claire plus vive crée une partie plus dure, tandis qu'une teinte plus foncée produit une partie plus douce. Par conséquent, ces composants peuvent se plier ou s'étirer différemment des autres parties de la structure 4-D qui les entoure.

L'imprimante peut même créer un câblage électrique qui peut être imprimé directement sur une antenne, capteur ou autre appareil électrique. Le processus repose sur une méthode d'écriture directe à l'encre pour produire une ligne d'encre à nanoparticules d'argent. Une unité de durcissement photonique sèche et fusionne les nanoparticules pour former un fil conducteur. Puis, le composant à jet d'encre de l'imprimante crée le revêtement plastique qui enveloppe le fil.

Actuellement, L'équipe de Qi travaille également avec Children's Healthcare d'Atlanta pour déterminer si cette nouvelle technologie pourrait imprimer des mains prothétiques pour les enfants nés avec des bras malformés.

"Seul un petit groupe d'enfants ont cette condition, il n'y a donc pas beaucoup d'intérêt commercial et la plupart des assurances ne couvrent pas les dépenses, " dit Qi. " Mais ces enfants ont beaucoup de défis dans leur vie quotidienne, et nous espérons que notre nouvelle imprimante 4D les aidera à surmonter certaines de ces difficultés."