Avez-vous déjà photographié des structures 3D haute résolution à l'échelle micro/nano qui réagissent dynamiquement à leur environnement ? La technologie d'impression 4D change la donne en utilisant des matériaux intelligents qui présentent une déformation de forme remarquable en réponse à des stimuli externes, démontrant ainsi l'énorme potentiel d'utilisation en biomédecine, en électronique flexible, en robotique douce et en aérospatiale.
Mais il y a un énorme défi :pour que l'impression 4D entre dans le monde micro, nous avons besoin d'une technologie d'impression 3D à plus haute résolution, capable d'obtenir des caractéristiques inférieures au micromètre, voire à une échelle plus petite.
Dans une publication dans l'International Journal of Extreme Manufacturing , l'équipe du professeur Qi Ge de l'Université des sciences et technologies du Sud présente une technologie d'impression 4D basée sur la polymérisation à deux photons (basée sur TTP), qui peut fabriquer une haute résolution, allant de 90 nm à 500 nm, et structures 3D transformables à l'échelle micro/nano.
Cet article vise à résumer les avancées actuelles de la technologie d’impression 4D basée sur TPP et ses applications associées. Il commence par élucider les avancées technologiques de l'impression 4D basée sur le TPP, en décrivant son principe de fonctionnement fondamental et ses progrès récents.
De plus, l'étude résume les progrès réalisés dans le domaine des matériaux intelligents exploités pour l'impression 4D basée sur le TPP. Enfin, l'article met l'accent sur les applications par excellence de l'impression 4D basée sur le TPP, y compris les domaines des microrobots biomédicaux, des microactionneurs bioinspirés, des microrobots mobiles autonomes, des microrobots transformables et des dispositifs anti-contrefaçon.
"La technologie TPP permet la fabrication de micro/nanostructures multifonctionnelles en sélectionnant des matériaux photorésistants appropriés adaptés aux fonctions souhaitées de l'application cible", a déclaré Bingcong Jian, le premier auteur de l'article.
« Ces photorésists spécialisés permettent la création de micro/nanostructures présentant des propriétés dynamiques telles que la réactivité aux stimuli, l'auto-actionnement biomimétique, le changement de couleur et les capacités de transformation de forme, qui sont hors de portée des photorésists commerciaux. Les matériaux d'impression 4D adaptés au TPP sont présentés selon quatre catégories :matériaux magnétiques, polymères à mémoire de forme, hydrogels et élastomères à cristaux liquides."
L'impression 4D est une transformation programmée de la structure imprimée en 3D en termes de forme, de propriété et de fonctionnalité. Il peut réaliser une transformation de forme, une multifonctionnalité, un auto-assemblage et une auto-réparation. Il est indépendant de l'imprimante, dépendant du temps et programmable. L'émergence de la technologie d'impression 4D basée sur le TPP promet de révolutionner divers domaines, notamment la robotique, la biomédecine et la nanotechnologie, dans un avenir proche.
Les applications sont classées en fonction des évolutions et des changements structurels, tels que le changement de forme, la modification de couleur, le changement d'état et la locomotion. Par conséquent, les applications potentielles des structures imprimées en 4D basées sur le TPP peuvent être regroupées en cinq catégories :les micromachines biomédicales, les microactionneurs bioinspirés, les microrobots mobiles autonomes, les dispositifs et robots transformables et les microdispositifs anti-contrefaçon.
« À mesure que nous nous aventurons plus profondément dans le domaine de l'impression 4D basée sur le TPP, nous sommes confrontés à des défis à la fois passionnants et intrigants », note Qi Ge. "Notre voie à suivre consiste à relever ces défis en mettant l'accent sur l'innovation et l'adaptation.
« La nécessité d'améliorer notre capacité de fabrication est une préoccupation majeure. Pour que l'impression 4D basée sur le TPP fasse partie intégrante de diverses industries, nous devons développer des équipements capables d'évoluer et de traiter plusieurs matériaux à l'échelle micro/nano. vers une vitesse d'impression, une évolutivité et une précision accrues. Notre quête d'optimisation des performances des matériaux est tout aussi essentielle. Les photorésists que nous utilisons sont l'élément vital de nos créations.
"Pour réaliser des transformations structurelles et l'excellence fonctionnelle, nous devons innover et affiner les photorésists dotés d'attributs chimiques, thermiques et mécaniques supérieurs. Ces matériaux doivent être robustes, flexibles et durables. Cependant, le cœur de nos efforts futurs réside dans notre méthodologie de conception. . Nous explorons les moyens de synthétiser les processus, les matériaux, la structure et la fonction dans un cadre de conception harmonieux.
"Cette approche exploite l'optimisation topologique et l'apprentissage automatique pour affiner simultanément le processus d'impression, les choix de matériaux et les conceptions structurelles. Le résultat est la capacité de créer des micro/nanostructures avec des fonctionnalités sur mesure.
"Notre aspiration est claire. Grâce à des techniques de conception avancées, nous visons à ouvrir de nouveaux horizons dans l'impression 4D basée sur le TPP. Relever ces défis n'est pas seulement une question de progrès technologique; il s'agit également de remodeler les industries et de lancer des applications innovantes. Nous sommes ravis de nous lancer dans ce voyage alors que nous planifions l'avenir de l'impression 4D basée sur TPP."
Plus d'informations : Bingcong Jian et al, Impression 4D basée sur la polymérisation à deux photons et ses applications, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI :10.1088/2631-7990/acfc03
Fourni par l'International Journal of Extreme Manufacturing
