L'imprimante 3D utilisée dans cette étude. Crédit :A.Osterwalder/EPFL
De nombreuses techniques de mesure, comme la spectroscopie, Bénéficiez de la possibilité de diviser un seul faisceau lumineux en deux afin de mesurer l'évolution de l'un d'eux. Le dispositif crucial qui sépare le faisceau est le séparateur de faisceau. Ceux-ci ont été principalement limités aux faisceaux lumineux, où l'on utilise simplement un verre partiellement réfléchissant.
Des scientifiques de l'EPFL ont maintenant développé un dispositif similaire pour séparer des faisceaux de molécules, où des électrodes haute tension sont utilisées pour contrôler le mouvement des molécules à l'intérieur d'un vide. Les électrodes sont construites par une méthode innovante qui combine l'impression 3D et la galvanoplastie pour la fabrication de structures métalliques complexes. La même approche peut également être utilisée dans un large éventail d'autres expériences. La nouvelle méthode est publiée dans Examen physique appliqué et surmonte les problèmes de fabrication précédents ouvrant ainsi de nouvelles voies.
Sean Gordon et Andreas Osterwalder à l'Institut des sciences et de l'ingénierie chimiques de l'EPFL, développé la nouvelle méthode de fabrication, et l'a démontré en construisant la combinaison compliquée d'électrodes nécessaires pour guider et diviser les faisceaux de molécules. La méthode de production permet non seulement de réaliser des formes complexes mais, en outre, accélère la production d'un facteur 50-100.
La technique commence par l'impression en 3D d'une pièce en plastique, puis par la galvanoplastie d'une couche de métal de 10 µm d'épaisseur dessus. La galvanoplastie est une technique établie dans diverses branches de l'industrie comme l'industrie automobile, fabrication de bijoux, ou plomberie. Il utilise généralement l'électrolyse pour revêtir un matériau conducteur d'une couche métallique. "mais le placage de pièces imprimées n'a pas été fait auparavant dans le cadre d'applications scientifiques, " dit Andreas Osterwalder.
Pour rendre les pièces en plastique imprimées conductrices et donc aptes à la galvanoplastie, ils ont d'abord été prétraités par un procédé spécial mis au point par la société Galvotec près de Zurich. Une fois la première couche conductrice appliquée, les pièces pouvaient être traitées comme si elles étaient métalliques. La première étape peut être appliquée sélectivement à certaines régions de la pièce imprimée, de sorte que le dispositif final contienne des zones métalliques et conductrices tandis que d'autres restent isolantes.
Les électrodes haute tension terminées ont été fabriquées avec la méthode présentée dans cet article. Crédit :A. Osterwalder/EPFL
Ce processus a permis aux chercheurs de construire deux électrodes haute tension électriquement indépendantes à partir d'une seule pièce en plastique imprimée et avec la géométrie correcte pour la séparation du faisceau. Pendant ce temps, le procédé permet un choix quasi libre du métal de revêtement, y compris certains qui seraient très difficiles à usiner.
Cette approche a également produit des surfaces qui n'ont pas de rayures, creux ou écorchures. Le séparateur de faisceau moléculaire utilisé pour prouver la nouvelle méthode est une structure basée sur des électrodes très complexes qui nécessitent des propriétés de surface impeccables et un alignement de haute précision. "Ce qui est gratuit lorsque vous utilisez l'approche d'impression 3D, " dit Andreas Osterwalder.
Avec le coût, la nouvelle méthode d'impression/galvanoplastie 3D réduit également considérablement le temps de production :la fabrication traditionnelle de telles structures peut souvent prendre plusieurs mois. Mais dans l'étude de l'EPFL, tous les composants ont été imprimés dans les 48 heures et la galvanoplastie n'a pris qu'une journée. Le temps plus court permet une rotation très rapide et plus de flexibilité dans le développement et le test de nouveaux composants.
Finalement, L'impression 3D utilise un flux de travail entièrement numérique :les électrodes sont imprimées directement à partir d'un ordinateur et ne nécessitent aucune saisie manuelle. Cela signifie qu'une réplique exacte d'une configuration expérimentale complète peut être reproduite n'importe où en transférant simplement un fichier informatique.
La nouvelle méthode de fabrication met en évidence l'énorme potentiel des imprimantes 3D pour la recherche fondamentale, dans divers domaines de recherche. Il démontre notamment que l'on peut désormais produire rapidement des pièces conductrices d'électricité chimiquement robustes avec une grande précision et à faible coût puisque l'impression 3D est quasiment illimitée en termes de conception et de géométrie des structures.
