L'idée de créer un objet physique à partir d'un fichier numérique est fascinante. Il évoque les souvenirs des réplicateurs de Star Trek qui peuvent tout créer, des vêtements aux composants de vaisseau spatial en passant par différents aliments. L'impression 3D d'aujourd'hui fait des progrès impressionnants dans cette direction, au grand intérêt de nombreux fabricants. Il est désormais possible d'imprimer les composants d'appareils électroniques sophistiqués avec des équipements assez simples, par exemple - comme mon équipe de recherche vient de le montrer en produisant ce que nous pensons être le premier microphone imprimé en 3D.

Il est devenu possible d'imprimer en 3D avec toute une gamme de matériaux différents, y compris les goûts du bois et de l'argent. La plupart des machines sont limitées aux synthétiques, cependant, comme les plastiques, polymères caoutchouteux et nylons. Les machines n'impriment généralement qu'un seul matériau à la fois, ou échanger entre une palette de deux ou trois matériaux. Mais cela laisse encore beaucoup de potentiel, notamment en conférant aux matériaux des propriétés différentes. Pour ce faire, vous mélangez des nanoparticules d'un autre matériau qui possède les propriétés que vous recherchez.

Si vous voulez que votre matériel imprimé soit conducteur, par exemple, tu ajoutes de l'argent, nanotubes d'or ou de carbone. Cela permet d'imprimer des circuits électroniques. Si vous souhaitez fabriquer un matériau piézoélectrique, ce qui signifie qu'il peut générer une charge électrique s'il est comprimé, vous pouvez ajouter du titanate de baryum. Cela peut être transformé en un capteur pour détecter des choses comme le son ou la chaleur; ou dans un actionneur, qui est un dispositif qui fait bouger d'autres composants.

En permutant entre les circuits, capteurs et actionneurs en une seule impression, vous pouvez créer un composant 3D fonctionnel complet. Les gens utilisent cette technique depuis quelques années pour imprimer des choses comme des composants optiques pour, dire, lentilles ou panneaux; et accéléromètres - des appareils qui mesurent le mouvement de tout, de la vitesse de course humaine aux tremblements de terre. De même, cela nous a permis de construire notre microphone, passer du fichier numérique à la réalité en seulement six heures.

Pimpez votre plastique

Idéalement, nous aurions utilisé l'une des imprimantes 3D MakerBot populaires, qui commencent à moins de 1 £ 000, mais ils n'aiment pas si vous ajoutez de minuscules particules à vos matériaux. Ils fonctionnent en pressant un filament de résine plastique, qui se fixe ensuite en refroidissant, mais les nanoparticules ont tendance à gommer ce système, surtout si vous en mettez suffisamment pour rendre les nouvelles propriétés puissantes.

Au lieu de cela, nous avons utilisé un Asiga Pico 27 ​​plus, qui coûte plus de 6 £, 000. Il utilise un système appelé traitement numérique de la lumière, où le plastique est solidifié par exposition à la lumière ultraviolette. La lumière est modelée en la réfléchissant 4, 000 micromiroirs numériques comme ceux utilisés dans les projecteurs de cinéma maison. Pour faire un modèle, il suffit de projeter une série d'images 2D sur le plastique liquide, déplacer légèrement le modèle vers le haut à chaque fois qu'une couche est solidifiée. Les nanoparticules modifient la quantité d'exposition à la lumière nécessaire à la résine, et ont tendance à absorber ou à disperser la lumière, mais une fois que vous avez pris en compte cela, l'impression peut se dérouler assez facilement.

Un inconvénient du traitement numérique de la lumière est qu'il n'est pas favorable au changement de type de matériau. Parce que le matériau commence sous la forme d'une résine liquide, il doit être contenu dans une cuve :le modèle est plongé dans le liquide à chaque fois qu'une autre couche est imprimée. Pour changer de matière, il faut tout arrêter et permuter les cuves manuellement avant de recommencer avec le calque d'image suivant.

Vous pouvez atténuer cela en faisant un trou dans votre modèle à l'endroit où vous souhaitez ajouter un matériau différent. Vous pouvez ensuite échanger des matériaux et surimprimer dans le trou, ce qui vous donne une pièce imprimée en 3D avec différentes propriétés interconnectées.

Quelle que soit la suite

Les défis techniques de l'impression 3D d'un microphone fonctionnel sont en grande partie dans le contrôle de processus, chronométrer l'exposition de la lumière UV à la milliseconde et soigneusement combiner et mélanger les différents matériaux. Le résultat final était un appareil qui se comporte à peu près comme un microphone normal, sauf avec un rapport signal sur bruit un peu moins bon, et avec un peu trop de résistance électrique dans les couches conductrices. Ce ne serait pas aussi bon que le microphone à base de silicium que vous trouveriez dans votre smartphone, par exemple.

D'autres personnes utilisant des nanocomposites imprimés en 3D se sont heurtées à des problèmes similaires. Lors de la fabrication des composants optiques ou des accéléromètres que j'ai mentionnés plus tôt, les gens ont généralement essayé d'obtenir le meilleur des deux mondes en incorporant des micropuces et des capteurs pré-construits dans des pièces imprimées ou en modifiant le plastique après sa construction. Nous ne sommes pas au stade où vous seriez en mesure d'imprimer, dire, un smartphone from scratch digne de ce nom :les Samsung et les Apple sont en sécurité pour un temps encore.

Pourtant, nos capacités techniques actuelles ouvrent toujours la porte à des possibilités étonnantes, en partie parce que de bons actionneurs sont plus faciles à imprimer que de bons capteurs. Bienvenue dans le domaine émergent de la robotique douce, où il est possible d'imprimer des mains qui saisissent aussi doucement et précisément que la version humaine ; ou des nanobots qui se déballent à la manière d'un origami lorsqu'ils atteignent la partie du corps concernée; ou même des robots complets comme ce poisson, qui peut imiter les mouvements complexes des animaux.

Des prototypes de ces choses existent déjà, tout en combinant toujours des composants imprimés et non imprimés. Dans une décennie, ils seront probablement entièrement imprimables. Donc, tout comme les Star Trekkers du 24ème siècle, il n'y a aucune raison pour que vous ne puissiez pas bientôt sélectionner un fichier pour de nombreux appareils remarquables et les imprimer sur commande. Un tentacule robotique doux, vous dites? Il n'y a pas encore d'application pour ça, mais ce n'est qu'une question de temps.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.