Des chercheurs ont développé un nouveau procédé laser pour l'impression 3D de pièces complexes en verre. Il utilise la polymérisation multiphotonique pour créer l'objet directement dans un volume 3D. Crédit :Laurent Gallais, L'Institut Fresnel et l'Ecole Centrale Marseille
Des chercheurs ont développé un nouveau procédé laser pour l'impression 3D de pièces complexes en verre. Avec le développement ultérieur, la nouvelle méthode pourrait être utile pour fabriquer des optiques complexes pour la vision, imagerie, d'éclairage ou d'applications laser.
"La plupart des processus d'impression 3D construisent un objet couche par couche, " a déclaré Laurent Gallais, chef de l'équipe de recherche de l'Institut Fresnel et de l'Ecole Centrale Marseille en France. " Notre nouveau procédé évite les limitations de ces procédés en utilisant un faisceau laser pour transformer - ou polymériser - un précurseur liquide en verre solide. "
Dans la revue The Optical Society (OSA) Lettres d'optique , Gallais et les membres de l'équipe de recherche Thomas Doualle et Jean-Claude Andre montrent comment ils ont utilisé la nouvelle technique pour créer des objets détaillés dans un volume 3D sans utiliser l'approche classique couche par couche. En utilisant cette approche, ils ont créé une variété d'objets en verre de silice tels que des modèles miniatures d'un vélo et de la Tour Eiffel sans pores ni fissures.
L'approche de l'impression 3D est basée sur la polymérisation multiphotonique, qui assure que la polymérisation, un processus qui lie les molécules de monomère liquide ensemble en un polymère solide, n'a lieu qu'au point focal laser précis. Il permet la fabrication directe de pièces 3D dont la taille varie de quelques microns à quelques dizaines de centimètres avec une résolution qui n'est théoriquement limitée que par l'optique utilisée pour la mise en forme du faisceau laser.
"Le verre est l'un des principaux matériaux utilisés pour fabriquer des optiques, " a déclaré Gallais. "Notre travail représente une première étape vers le développement d'un processus qui pourrait un jour permettre aux scientifiques d'imprimer en 3D les composants optiques dont ils ont besoin."
La nouvelle approche peut être utilisée pour fabriquer une variété d'objets complexes tels que le vélo montré ici. Crédit :Laurent Gallais, L'Institut Fresnel et l'Ecole Centrale Marseille
Trouver le bon matériel
L'utilisation d'une approche traditionnelle couche par couche pour créer des objets en verre 3D comporte plusieurs limitations. La vitesse du processus d'impression est limitée par le temps qu'il faut pour construire les couches, et il peut être difficile de créer des couches d'épaisseurs constantes lors de l'utilisation de résines très visqueuses. La réalisation de pièces complexes nécessite généralement des supports, qui doit être précisément positionné puis retiré une fois l'objet durci.
Bien que la polymérisation multiphotonique puisse être utilisée pour éviter l'approche couche par couche, L'impression 3D d'objets en verre nécessite un matériau transparent à la longueur d'onde du laser à la fois pendant la phase liquide initiale et une fois polymérisé. Il doit également absorber la lumière laser à la moitié de la longueur d'onde laser pour initier le processus de polymérisation multiphotonique.
Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé un mélange contenant un initiateur photochimique pour absorber la lumière laser, une résine et une concentration élevée de nanoparticules de silice. En plus de bien fonctionner avec le laser, la viscosité élevée de ce mélange permet de former une pièce 3D sans problème de déformation ni de supports pour maintenir l'objet en place lors de l'impression 3D.
« Les lasers ultracourts de haute puissance basés sur la technologie d'amplification d'impulsions chirpées de Strickland et Mourou ont été reconnus par un prix Nobel en 2018. " a déclaré Gallais. " Seules des impulsions intenses et très courtes créeront une photopolymérisation non linéaire avec une grande précision et sans effets thermiques. "
