L'imprimante 3D laser, un “ multitalent ” du secteur

Récemment, des chercheurs de l'université du Missouri, aux États-Unis, ont mis au point une méthode permettant de fabriquer des dispositifs complexes à partir de divers matériaux, notamment des plastiques, des métaux et des semi-conducteurs, à l'aide d'une seule et même machine. Cette étude, récemment publiée dans Nature Communications, présente un nouveau procédé combinant impression 3D et technologie laser permettant de fabriquer des capteurs, des circuits imprimés et même des textiles intégrant des composants électroniques, composés de plusieurs matériaux et de plusieurs couches.
Cette recherche, baptisée “ procédé d’assemblage multimatière de forme libre ”, devrait révolutionner les méthodes de fabrication de nouveaux produits. En imprimant des capteurs intégrés aux structures, la machine peut créer des dispositifs capables de détecter les conditions environnementales, notamment la température et la pression. Pour d’autres chercheurs, cela pourrait se traduire par la création d’un objet d’aspect naturel, tel qu’un rocher ou un coquillage, capable de mesurer le débit de l’eau de mer. Pour le grand public, cette application jette les bases techniques des futurs appareils portables destinés à surveiller la tension artérielle et d’autres signes vitaux.

Plus précisément, les autres technologies présentent des limites en termes de polyvalence des matériaux et de précision dans le placement de petites pièces au sein de structures 3D plus grandes. L’approche de l’équipe de recherche résout ces problèmes grâce à des techniques spécifiques. Les membres de l'équipe ont construit une machine dotée de trois buses différentes : l'une ajoute un matériau semblable à de l'encre, une autre utilise un laser pour sculpter des formes et des matériaux, et la troisième ajoute des matériaux fonctionnels supplémentaires afin d'améliorer les performances du produit.
Tout d'abord, la structure de base est réalisée à l'aide de filaments d'impression 3D courants (tels que le polycarbonate, un thermoplastique transparent). Ensuite, un laser est utilisé pour transformer certaines parties en un matériau spécial appelé « graphène induit par laser » et le placer exactement là où il est nécessaire. Enfin, d'autres matériaux sont ajoutés afin d'améliorer les fonctionnalités du produit final.
“ Ces travaux ont bénéficié du soutien du programme ” Advanced Manufacturing “ de la National Science Foundation (NSF), tandis que le programme I-Corps™ de la NSF a fourni un financement destiné à explorer les possibilités de commercialisation. Le programme I-Corps aide l’équipe de recherche à identifier les intérêts et les besoins du marché ”, a déclaré Jian “ Javen ” Lin, maître de conférences en génie mécanique et aérospatial à l’université. “ À l’heure actuelle, nous pensons que d’autres chercheurs s’y intéresseront, mais nous sommes convaincus que ce sont les entreprises qui en tireront finalement profit. Cela réduira le temps nécessaire à la réalisation d’un prototype, permettant ainsi aux entreprises de fabriquer leurs prototypes en interne. ” C’est la première fois que ce procédé est utilisé, et il ouvre de nouvelles perspectives, a déclaré Bujingda Zheng, premier auteur de l’étude et doctorant en génie mécanique à l’université du Missouri. « Je suis très enthousiaste à propos de cette conception. L’un des principaux avantages est que les innovateurs peuvent se concentrer sur la conception de nouveaux produits sans se soucier de la fabrication des prototypes. Cela ouvre la voie à des marchés entièrement nouveaux. » Lin a déclaré que cela aurait un impact considérable sur les capteurs portables, les robots personnalisables, les dispositifs médicaux et bien d’autres domaines.
À l’heure actuelle, la fabrication de structures multicouches telles que les cartes de circuits imprimés est un processus fastidieux impliquant de multiples étapes et l’utilisation de nombreux matériaux. Ces procédés sont coûteux, chronophages et génèrent des déchets nocifs pour l’environnement. La nouvelle technologie est non seulement plus respectueuse de la planète, mais elle s’inspire également des systèmes présents dans la nature. Par exemple, les anguilles électriques possèdent un squelette et des muscles qui leur permettent de se déplacer, a expliqué M. Zheng. Elles disposent également de cellules spécialisées capables de délivrer jusqu’à 500 volts pour dissuader les prédateurs. Ces observations biologiques ont inspiré les chercheurs à développer de nouvelles méthodes de fabrication de structures tridimensionnelles aux applications polyvalentes, mais d’autres méthodes émergentes présentent des limites.