Un modèle de cartilage d’oreille, réalisé à partir du matériau composite de cellulose imprimé en 3D
La cellulose, un type de polymère naturel, est le principal composant des parois cellulaires des plantes et elle est de plus en plus utilisée comme matériau d’impression 3D écologique et biocompatible. Aujourd’hui, les scientifiques ont mis au point une méthode permettant d’imprimer des objets complexes avec une teneur en cellulose plus élevée que jamais.
Cette nouvelle technique a été mise au point grâce à une collaboration entre l’institut de recherche de l’ETH Zurich et le Laboratoire fédéral suisse pour la science et la technologie des matériaux (Empa).
Elle commence par une « encre d’imprimerie » composée de rien d’autre que de l’eau et de 6 à 14 % de particules et de fibres de cellulose. Ces morceaux de cellulose à l’échelle nanométrique sont en suspension dans l’eau, ce qui donne à l’encre une consistance de gel. Grâce à un procédé appelé « écriture directe à l’encre », le matériau est extrudé par une buse d’imprimante en couches successives, ce qui permet de construire progressivement un objet tridimensionnel.
Cet objet est ensuite placé dans un bain de solvants organiques. L’objet se rétrécit et se densifie alors que les particules de cellulose réagissent au solvant en s’agrégeant. L’objet, désormais plus petit, est ensuite retiré du bain, ce qui permet au solvant encore présent de s’évaporer.
Ensuite, il est trempé dans une solution contenant un précurseur plastique photosensible, qui s’infiltre dans l' »échafaudage » de cellulose qui constitue l’objet. Lorsque l’objet est ensuite exposé à la lumière ultraviolette, le précurseur se transforme en plastique solide.
Un vase et un embout de tuyau fabriqués à partir du matériau composite de cellulose imprimé en 3D
Il en résulte un produit composite fini qui contient jusqu’à 27% de cellulose en volume – selon l’ETH Zurich, il s’agit d’un record pour l’impression additive. Selon le type de précurseur plastique utilisé, les objets peuvent être soit durs et rigides, soit souples et flexibles, en fonction de leur application prévue.
Jusqu’à présent, la technologie a été utilisée pour créer un certain nombre d’objets relativement petits et délicats – si leur épaisseur de paroi est supérieure à 5 mm lors de l’impression initiale, des distorsions peuvent se produire lors de leur rétrécissement. Une fois perfectionné, le procédé pourrait être utilisé pour la production d’articles tels que des implants de remplacement du cartilage ou des emballages de produits personnalisés.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201904127
