Un modèle de la cathédrale Sainte-Sophie de Kyiv dans le bleu et le jaune du drapeau ukrainien, réalisé à l'aide de la méthode iCLIP pour l'impression 3D, qui permet l'utilisation de plusieurs types - ou couleurs - de résine dans un seul objet. Crédit :William Pan
Les progrès de l'impression 3D ont permis aux concepteurs et aux ingénieurs de personnaliser plus facilement des projets, de créer des prototypes physiques à différentes échelles et de produire des structures qui ne peuvent pas être réalisées avec des techniques de fabrication plus traditionnelles. Mais la technologie se heurte encore à des limites - le processus est lent et nécessite des matériaux spécifiques qui, pour la plupart, doivent être utilisés un à la fois.
Des chercheurs de Stanford ont développé une méthode d'impression 3D qui promet de créer des impressions plus rapidement, en utilisant plusieurs types de résine dans un seul objet. Leur conception, publiée récemment dans Science Advances , est 5 à 10 fois plus rapide que la méthode d'impression haute résolution la plus rapide actuellement disponible et pourrait potentiellement permettre aux chercheurs d'utiliser des résines plus épaisses avec de meilleures propriétés mécaniques et électriques.
"Cette nouvelle technologie aidera à réaliser pleinement le potentiel de l'impression 3D", déclare Joseph DeSimone, professeur Sanjiv Sam Gambhir en médecine translationnelle et professeur de radiologie et de génie chimique à Stanford et auteur correspondant de l'article. "Cela nous permettra d'imprimer beaucoup plus rapidement, ce qui contribuera à inaugurer une nouvelle ère de fabrication numérique, ainsi que de permettre la fabrication d'objets complexes et multi-matériaux en une seule étape."
Contrôle du flux de résine
La nouvelle conception améliore une méthode d'impression 3D créée par DeSimone et ses collègues en 2015 appelée production continue d'interface liquide, ou CLIP. L'impression CLIP semble appartenir à un film de science-fiction - une plate-forme montante tire en douceur l'objet, apparemment complètement formé, d'un mince bassin de résine. La résine à la surface est durcie dans la bonne forme par une séquence d'images UV projetées à travers la piscine, tandis qu'une couche d'oxygène empêche le durcissement au fond de la piscine et crée une "zone morte" où la résine reste sous forme liquide.
La zone morte est la clé de la vitesse de CLIP. Au fur et à mesure que la pièce solide monte, la résine liquide est censée se remplir derrière, permettant une impression continue et fluide. Mais cela n'arrive pas toujours, surtout si la pièce monte trop vite ou si la résine est particulièrement visqueuse. Avec cette nouvelle méthode, appelée injection CLIP, ou iCLIP, les chercheurs ont monté des pousse-seringues au-dessus de la plate-forme montante pour ajouter de la résine supplémentaire aux points clés.
"Le flux de résine dans CLIP est un processus très passif - vous ne faites que tirer l'objet vers le haut et espérer que l'aspiration pourra amener le matériau là où il est nécessaire", explique Gabriel Lipkowitz, titulaire d'un doctorat. étudiant en génie mécanique à Stanford et auteur principal de l'article. "Grâce à cette nouvelle technologie, nous injectons activement de la résine dans les zones de l'imprimante qui en ont besoin."
La résine est délivrée par des conduits qui sont imprimés simultanément avec le dessin. Les conduits peuvent être retirés une fois l'objet terminé ou ils peuvent être incorporés dans la conception de la même manière que les veines et les artères sont construites dans notre propre corps.
Impression multi-matériaux
En injectant de la résine supplémentaire séparément, iCLIP offre la possibilité d'imprimer avec plusieurs types de résine au cours du processus d'impression - chaque nouvelle résine nécessite simplement sa propre seringue. Les chercheurs ont testé l'imprimante avec jusqu'à trois seringues différentes, chacune remplie de résine teintée d'une couleur différente. Ils ont imprimé avec succès des modèles de bâtiments célèbres de plusieurs pays dans la couleur du drapeau de chaque pays, y compris la cathédrale Sainte-Sophie dans le bleu et le jaune du drapeau ukrainien et l'Independence Hall en rouge, blanc et bleu américain.
"La possibilité de fabriquer des objets avec des matériaux variés ou des propriétés mécaniques est le Saint Graal de l'impression 3D", déclare Lipkowitz. "Les applications vont des structures absorbant l'énergie très efficaces aux objets avec différentes propriétés optiques et capteurs avancés."
Après avoir démontré avec succès qu'iCLIP a le potentiel d'imprimer avec plusieurs résines, DeSimone, Lipkowitz et leurs collègues travaillent sur un logiciel pour optimiser la conception du réseau de distribution de fluide pour chaque pièce imprimée. Ils veulent s'assurer que les concepteurs ont un contrôle précis sur les limites entre les types de résine et potentiellement accélérer encore plus le processus d'impression.
"Un designer ne devrait pas avoir à comprendre la dynamique des fluides pour imprimer un objet extrêmement rapidement", déclare Lipkowitz. "Nous essayons de créer un logiciel efficace qui peut prendre une pièce qu'un concepteur veut imprimer et générer automatiquement non seulement le réseau de distribution, mais aussi déterminer les débits pour administrer différentes résines pour atteindre un objectif multi-matériaux." Les objets peuvent désormais être imprimés en 3D en résine opaque
