La plupart des imprimantes 3D, y compris d'autres techniques basées sur la lumière, construire des objets 3D couche par couche. Cela conduit à un effet "marche d'escalier" le long des bords. Ils ont également des difficultés à créer des objets flexibles car les matériaux pliables pourraient se déformer pendant le processus d'impression, et des supports sont nécessaires pour imprimer des objets de certaines formes, comme des arcs.

La nouvelle imprimante repose sur un liquide visqueux qui réagit pour former un solide lorsqu'il est exposé à un certain seuil de lumière. La projection de motifs de lumière soigneusement conçus – essentiellement des « films » – sur un cylindre de liquide en rotation solidifie la forme souhaitée « tout à la fois ».

"Essentiellement, vous disposez d'un vidéoprojecteur du commerce, que j'ai littéralement ramené de chez moi, puis vous le branchez sur un ordinateur portable et l'utilisez pour projeter une série d'images calculées, tandis qu'un moteur fait tourner un cylindre contenant une résine d'impression 3D, " a déclaré Taylor. " De toute évidence, il y a beaucoup de subtilités - comment vous formulez la résine, et, par dessus tout, comment vous calculez les images qui vont être projetées, mais la barrière à la création d'une version très simple de cet outil n'est pas si élevée."

Taylor et l'équipe ont utilisé l'imprimante pour créer une série d'objets, d'un petit modèle de la statue "Le Penseur" de Rodin à un modèle personnalisé de mâchoire. Actuellement, ils peuvent faire des objets jusqu'à quatre pouces de diamètre.

"C'est le premier cas où nous n'avons pas besoin de construire des pièces 3D personnalisées couche par couche, " a déclaré Brett Kelly, co-premier auteur de l'article qui a terminé le travail alors qu'il était étudiant diplômé travaillant conjointement à l'UC Berkeley et au Lawrence Livermore National Laboratory. "Cela rend l'impression 3D vraiment tridimensionnelle."

Une tomodensitométrie—en sens inverse

La nouvelle imprimante a été inspirée par les tomodensitogrammes (CT) qui peuvent aider les médecins à localiser les tumeurs et les fractures dans le corps.

Les tomodensitogrammes projettent des rayons X ou d'autres types de rayonnement électromagnétique dans le corps sous tous les angles. L'analyse des modèles d'énergie transmise révèle la géométrie de l'objet.

« Essentiellement, nous avons inversé ce principe, " a déclaré Taylor. " Nous essayons de créer un objet plutôt que de mesurer un objet, mais en fait, une grande partie de la théorie sous-jacente qui nous permet de faire cela peut être traduite de la théorie qui sous-tend la tomodensitométrie. »

En plus de modeler la lumière, ce qui nécessite des calculs complexes pour obtenir les formes et les intensités exactes, l'autre grand défi rencontré par les chercheurs était de savoir comment formuler un matériau qui reste liquide lorsqu'il est exposé à un peu de lumière, mais réagit pour former un solide lorsqu'il est exposé à beaucoup de lumière.

"Le liquide que vous ne voulez pas guérir est certainement le passage de rayons lumineux, il faut donc un seuil d'exposition à la lumière pour ce passage du liquide au solide, ", a déclaré Taylor.

La résine d'impression 3D est composée de polymères liquides mélangés à des molécules photosensibles et à de l'oxygène dissous. La lumière active le composé photosensible qui épuise l'oxygène. Ce n'est que dans les régions 3-D où tout l'oxygène a été utilisé que les polymères forment les "réticulations" qui transforment la résine d'un liquide à un solide. La résine non utilisée peut être recyclée en la chauffant dans une atmosphère d'oxygène, dit Taylor.

"Notre technique ne génère quasiment aucun déchet de matière et le matériau non durci est 100 % réutilisable, " dit Hossein Heidari, un étudiant diplômé du laboratoire de Taylor à l'UC Berkeley et co-premier auteur de l'ouvrage. « C'est un autre avantage de l'impression 3D sans support. »

Les objets ne doivent pas non plus être transparents. Les chercheurs ont imprimé des objets qui semblent opaques à l'aide d'un colorant qui transmet la lumière à la longueur d'onde de durcissement mais absorbe la plupart des autres longueurs d'onde.

"C'est particulièrement satisfaisant pour moi, parce qu'il crée un nouveau cadre d'impression 3D volumétrique ou « tout en un » que nous avons commencé à établir au cours des dernières années, " a déclaré Maxim Shusteff, un ingénieur du personnel au laboratoire Livermore. "Nous espérons que cela ouvrira la voie à de nombreux autres chercheurs pour explorer ce domaine technologique passionnant."