Des chercheurs de l'Université Carnegie Mellon ont utilisé une imprimante 3D peu coûteuse pour produire des objets plats en plastique qui, lorsqu'il est chauffé, se replier dans des formes prédéterminées, comme une rose, un bateau ou même un lapin.

Doublure Yao, professeur assistant au Human-Computer Interaction Institute et directeur du Morphing Matter Lab, a déclaré que ces objets en plastique à pliage automatique représentent un premier pas vers des produits tels que des meubles à plat qui prennent leur forme finale à l'aide d'un pistolet thermique. Les abris d'urgence peuvent également être expédiés à plat et se plier sous la chaleur du soleil.

Les matériaux auto-pliants sont plus rapides et moins chers à produire que les objets 3D solides, permettant de remplacer des pièces non critiques ou de réaliser des prototypes en utilisant des structures se rapprochant des objets solides. Des moules pour coques de bateaux et autres produits en fibre de verre peuvent être fabriqués à moindre coût en utilisant ces matériaux.

Yao présentera les recherches de son groupe sur cette méthode, qu'elle appelle Thermorph, au CHI 2018, la Conférence sur les facteurs humains dans les systèmes informatiques, 21-26 avril à Montréal, Canada.

D'autres chercheurs ont exploré les matériaux auto-pliants, mais ont généralement utilisé des matériaux exotiques ou dépendaient de techniques de traitement sophistiquées qui ne sont pas largement disponibles. Yao et son équipe de recherche ont pu créer une structure auto-pliante en utilisant le type d'imprimante 3D le moins cher - une imprimante FDM - et en tirant parti du gauchissement, un problème courant avec ces imprimantes.

"Nous voulions voir comment l'auto-assemblage pourrait être rendu plus démocratique - accessible à de nombreux utilisateurs, " dit Yao.

Les imprimantes FDM fonctionnent en déposant un filament continu de thermoplastique fondu. Ces matériaux contiennent des contraintes résiduelles et, au fur et à mesure que le matériau se refroidit et que le stress est soulagé, le thermoplastique a tendance à se contracter. Cela peut entraîner des bords et des surfaces déformés.

"Les gens détestent le gauchissement, " dit Yao. "Mais nous avons pris ce désavantage et l'avons tourné à notre avantage."

Pour créer des objets auto-pliants, elle et son équipe contrôlent précisément ce processus en faisant varier la vitesse à laquelle le matériau thermoplastique est déposé et en combinant des matériaux sujets au gauchissement avec des matériaux caoutchouteux qui résistent à la contraction.

Les objets ressortent de l'imprimante 3D comme plats, plastique dur. Lorsque le plastique est placé dans de l'eau suffisamment chaude pour le rendre souple et caoutchouteux, mais pas assez chaud pour le faire fondre, le processus de pliage est déclenché.

Bien qu'ils aient utilisé une imprimante 3D avec du matériel standard, les chercheurs ont remplacé le logiciel open source de la machine par leur propre code qui calcule automatiquement la vitesse d'impression et les motifs nécessaires pour obtenir des angles de pliage particuliers.

"Le logiciel est basé sur une nouvelle théorie de pliage de courbe représentant les mouvements de bandes de zone courbe. Le logiciel basé sur cette théorie peut compiler n'importe quelle forme de maillage 3D arbitraire en une feuille thermoplastique associée en quelques secondes sans intervention humaine, " dit Byoungkwon An, une filiale de recherche en HCII.

« Il est difficile d'imaginer que cela se fasse manuellement, " dit Yao.

Bien que ces premiers exemples soient à l'échelle d'un ordinateur de bureau, faire de plus grands objets auto-pliants semble faisable.

"Nous pensons que l'algorithme général et les systèmes matériels existants devraient nous permettre à terme de faire de grands, objets auto-pliants solides, comme des chaises, des bateaux ou même des satellites, " a déclaré Jianzhe Gu, Stagiaire de recherche HCII.