Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont mis au point une technique qui utilise la lumière pour transformer des feuilles de plastique bidimensionnelles (2-D) en structures tridimensionnelles (3-D). comme les sphères, tubes ou bols.

L'avancée s'appuie sur les travaux antérieurs de la même équipe de recherche, qui s'est concentré sur les structures 3-D auto-pliantes. L'avancée clé ici est que plutôt que de faire plier le plastique le long de lignes nettes - en formes polygonales telles que des cubes ou des pyramides - les plastiques se plient et se courbent.

Chercheurs Michael Dickey, professeur de génie chimique et biomoléculaire à NC State, et Jan Genzer, le professeur distingué S. Frank et Doris Culberson dans le même département, ont été les premiers leaders dans le domaine des structures 3-D auto-pliantes. Dans leur article phare de 2011, les chercheurs ont décrit une technique dans laquelle une imprimante à jet d'encre conventionnelle est utilisée pour imprimer des lignes noires audacieuses sur une feuille de plastique pré-tendue. La feuille de plastique a ensuite été découpée selon un motif souhaité et placée sous une lumière infrarouge, comme une lampe chauffante.

Les lignes imprimées ont absorbé plus d'énergie de la lumière infrarouge que le reste du matériau, provoquant la chaleur et la contraction du plastique, créant une charnière qui pliait les feuilles en formes 3D. En faisant varier la largeur des lignes imprimées, ou charnières, les chercheurs ont pu changer à quelle distance et à quelle vitesse chaque charnière se plie. La technique est compatible avec les techniques d'impression commerciales, comme la sérigraphie, impression rouleau à rouleau, et impression jet d'encre, qui sont peu coûteux et à haut débit mais intrinsèquement 2-D.

Mais maintenant, ils utilisent une approche similaire pour obtenir un résultat très différent.

« En contrôlant le nombre de traits et la répartition de l'encre à la surface du matériau, nous pouvons produire n'importe quel nombre de formes courbes, " dit Dickey, auteur co-correspondant d'un article sur les plastiques à courbure automatique. "Toutes les formes utilisent la même quantité d'encre; c'est simplement une question d'endroit où l'encre est appliquée sur le plastique."

"Notre travail a été inspiré par la nature, parce que les formes naturelles incorporent rarement des plis nets, optant plutôt pour la courbure, " dit Ambre Hubbard, un doctorant à NC State et co-auteur principal de l'article. "Et nous avons trouvé que, pour fabriquer des objets fonctionnels, nous avions souvent besoin d'utiliser une combinaison de formes courbes et pliées.

"D'autres chercheurs ont développé des techniques pour créer des matériaux à courbure automatique, mais ils l'ont fait en utilisant des matériaux souples, tels que les hydrogels, " ajoute Hubbard. "Notre travail est la première tentative d'accomplir la même chose en utilisant des thermoplastiques, qui sont plus solides et plus rigides que les matériaux souples. Cela les rend plus attrayants pour l'exécution de certaines actions pratiques, comme saisir un objet."

« Les matériaux avec lesquels nous travaillons conservent également leur forme, même après la suppression de la lumière, " dit Russell Mailen, un doctorant à NC State et co-auteur principal de l'article. "C'est un avantage, parce que les matériaux mous ne changent de forme que lorsqu'ils sont exposés à un solvant, et une fois retirés du solvant, ils perdent leur forme."

Les chercheurs ont également développé un modèle informatique qui peut être utilisé pour prédire la forme 3-D qui sera produite par un motif d'impression donné.

"L'un de nos objectifs est de peaufiner ce modèle, que Mailen a développé, " Genzer, auteur co-correspondant, États. "Finalement, nous aimerions pouvoir entrer la forme 3D souhaitée dans le modèle et lui faire créer un motif que nous pouvons imprimer et produire. »

Le papier, "Courbure contrôlable à partir de feuilles polymères planes en réponse à la lumière, " est publié dans la revue de la Royal Society of Chemistry Matière molle et a été sélectionné par le journal pour figurer sur la couverture.