Il est désormais possible d'imprimer en 3D des matériaux extrêmement visqueux, à la consistance de l'argile ou de la pâte à biscuits avec une précision fine, grâce au travail effectué à l'Université Purdue. Ce développement pourrait bientôt permettre la création de céramiques sur mesure, fusées solides, médicaments, implants biomédicaux, denrées alimentaires, et plus.

« C'est très excitant de pouvoir imprimer des documents avec des consistances que personne n'a pu imprimer. » dit Emre Gunduz, professeur adjoint de recherche à l'École de génie mécanique. « Nous pouvons imprimer en 3D différentes textures d'aliments ; implants biomédicaux, comme les couronnes dentaires en céramique, Peut être personnalisé. Les pharmacies peuvent imprimer en 3D des médicaments personnalisés, donc une personne n'a qu'à prendre une pilule, au lieu de 10."

En appliquant des vibrations ultrasonores de haute amplitude à la buse de l'imprimante 3D elle-même, l'équipe Purdue a réussi à résoudre un problème qui tourmente les fabricants depuis des années.

La plupart des solutions proposées à ce problème consistent à modifier la composition des matériaux eux-mêmes, mais l'équipe Purdue a adopté une approche complètement différente.

"Nous avons constaté qu'en faisant vibrer la buse d'une manière très spécifique, nous pouvons réduire le frottement sur les parois de la buse, et le matériau serpente juste à travers, " dit Gunduz.

L'équipe Purdue a pu imprimer des articles avec une précision de 100 microns, ce qui est meilleur que la plupart des imprimantes 3D grand public, tout en maintenant des taux d'impression élevés.

"La forme la plus courante d'impression 3D est l'extrusion thermoplastique, " Dit Gunduz. " C'est généralement assez bon pour les prototypes, mais pour la fabrication réelle, vous devez utiliser des matériaux à haute résistance, comme les céramiques ou les composites métalliques avec une grande fraction de particules solides. Les précurseurs de ces matériaux sont extrêmement visqueux, et les imprimantes 3D normales ne peuvent pas les déposer, car ils ne peuvent pas être poussés à travers une petite buse."

Il est difficile de visualiser le processus d'impression 3D, car les matériaux utilisés sont opaques et les surfaces sont cachées à l'intérieur de la buse. L'équipe s'est donc rendue au Laboratoire National d'Argonne, en dehors de Chicago, pour effectuer une imagerie par rayons X microscopique à grande vitesse. Pour la première fois, ils ont pu voir à l'intérieur de la buse et mesurer avec précision l'écoulement de la matière argileuse.

"Les résultats étaient vraiment frappants, " dit Gunduz. " Personne n'a jamais caractérisé un écoulement visqueux à travers un canal de cette façon. Nous avons pu quantifier le débit, et comprendre comment notre méthode fonctionnait réellement."

La recherche est menée au Zucrow Labs de Purdue, le plus grand laboratoire universitaire de propulsion au monde. En tant que tel, la première application pratique à l'étude concerne le carburant solide pour fusée.

"Les propergols solides sont au départ très visqueux, comme la consistance de la pâte à biscuits, " dit Monique McClain, un doctorat candidat à l'École d'aéronautique et d'astronautique de Purdue. "C'est très difficile à imprimer car ça durcit avec le temps, et il est également très sensible à la température. Mais avec cette méthode, nous étions en fait capables d'imprimer des brins de propergol solide qui brûlaient de manière comparable aux méthodes de coulée traditionnelle. »

McClain a testé la combustion en imprimant des échantillons de deux centimètres, en les enflammant dans un récipient à haute pression (jusqu'à 1, 000 livres par pouce carré) et en analysant la vidéo au ralenti de la brûlure.

Pour les carburants solides pour fusées, L'impression 3D offre la possibilité de personnaliser la géométrie d'une fusée et de modifier sa combustion. « Nous pouvons souhaiter que certaines pièces brûlent plus rapidement ou plus lentement, ou quelque chose qui brûle plus vite au centre qu'à l'extérieur, " dit McClain. " Nous pouvons créer cela beaucoup plus précisément avec cette méthode d'impression 3D. "