Le frittage sélectif de poudre pour l'impression 3D est récemment devenu une solution de plus en plus abordable pour la fabrication d'éléments sur mesure de presque toutes les formes ou géométries. Cette technique consiste à chauffer un lit de poudre (comme du polyamide, PA12) juste en dessous de son point de fusion, utiliser une source de lumière IR pour fondre sélectivement une section transversale de la poudre, puis en ajoutant plus de poudre et en répétant pour former un objet 3-D. Pour réduire les coûts et augmenter la vitesse d'impression, un sensibilisateur photothermique est souvent ajouté aux poudres. Généralement à base de carbone, avec une forte absorption large bande, l'ajout de ces sensibilisateurs aux poudres polymères augmente la conversion de la lumière incidente en chaleur, ce qui signifie des vitesses d'impression plus élevées. Cependant, les sensibilisateurs à base de carbone ne peuvent produire que des objets noirs ou gris. Pour créer des imprimés blancs ou colorés, des équivalents visiblement transparents sont nécessaires.

Une étude menée il y a quelques années par une équipe de chercheurs de l'ICFO, rédigé pour la première fois par Alexander Powell et dirigé par des professeurs de l'ICREA à l'ICFO Gerasimos Konstantatos, et Romain Quidant, ont rapporté une solution pour surmonter les restrictions de couleur dans cette méthode en utilisant des nanoparticules plasmoniques. Les chercheurs ont conçu des nanoparticules d'or recouvertes de silice en tant que sensibilisateur photothermique pour permettre un frittage rapide de poudres polymères en objets 3D en faisant absorber fortement ces nanoparticules dans le proche infrarouge, tout en n'interagissant que très peu avec la lumière visible. A la résonance, ces composites présentaient une conversion lumière-chaleur considérablement améliorée par rapport aux composites équivalents et pouvaient être frittés à l'aide de sources lumineuses de faible puissance. Alors que ces particules se sont révélées très efficaces pour la fabrication rapide d'objets 3D colorés, ils se sont avérés avoir certaines limites lorsqu'ils essayaient d'imprimer des objets 3D en couleur blanc pur ou multicolore avec une fidélité des couleurs élevée sur une large gamme de teintes affectant la qualité de la coloration des impressions à des concentrations élevées.

Ainsi, dans une étude récente publiée dans Lettres nano , les chercheurs de l'ICFO Alexander Powell, Alexandros Stavrinadis, et Sotirios Christodoulou, dirigé par des professeurs ICREA à ICFO Gerasimos Konstantatos, et Romain Quidant, ont maintenant signalé l'utilisation d'un nouveau sensibilisateur qui s'est avéré facile à surmonter ces problèmes.

Dans leur étude, l'équipe de chercheurs a signalé l'utilisation de nanoparticules d'oxyde de tungstène (WO3) comme sensibilisateurs photothermiques pour les poudres polymères. Ces nanoparticules comprennent des éléments à faible coût, ce qui les rend faciles et bon marché à fabriquer. Ils sont incolores à des concentrations élevées et ont une forte absorption dans le proche infrarouge, prouver leur capacité à transformer la lumière en chaleur à un rythme rapide, et leur permettant ainsi d'être des agents de fusion rapide. En outre, ils peuvent être activés ou désactivés efficacement avec de l'électricité ou un rayonnement ultraviolet. Encore plus, ils sont stables à des températures très élevées et présentent un taux de changement de couleur supérieur à celui des autres sensibilisateurs disponibles. Finalement, lorsqu'il est mélangé avec d'autres encres de couleur, ces nanoparticules ont su reproduire les mêmes nuances de couleurs que les poudres d'origine, maintenir la pureté de la couleur des échantillons vierges.

Les résultats de l'étude ouvrent une nouvelle voie pour l'utilisation de nanoparticules plasmoniques qui peuvent être utilisées pour produire des objets 3-D multicolores de haute qualité pour des processus de fabrication avancés.