Des chercheurs de l’Université de l’Utah ont mis au point une nouvelle méthode d’impression 3D qui élimine les problèmes de joints défectueux inhérents au procédé couche par couche. Grâce à un « masque » nanométrique qui diffracte la lumière laser en un motif holographique de la forme souhaitée, la matière est fusionnée en une seule étape. Le processus dure environ 20 secondes, un temps considérablement réduit par rapport aux plusieurs heures nécessaires pour les autres méthodes d’impression laser.
Dans une étude publiée dans la revue Nature Communications , des chercheurs ont démontré qu’il était possible d’imprimer plusieurs formes à la chaîne. Ces travaux ont été menés par Rajesh Menon , professeur au département de génie électrique et informatique du Price College of Engineering, en collaboration avec Dajun Lin, membre de son laboratoire.
L’équipe de Menon a utilisé cette technique pour imprimer des assemblages de microtubules dont les diamètres individuels pouvaient atteindre 6 micromètres. Ils ont testé la résistance physique de ces assemblages et ont également démontré leur capacité à transporter des liquides par capillarité.
Ce projet s’inspire de la photolithographie, mais applique le concept à trois dimensions.
Les impressions réalisées par les chercheurs sont composées d’un substrat appelé SU-8, couramment utilisé en photolithographie. Constitués de polymères filamenteux, ces filaments moléculaires se réticulent et durcissent sous l’effet de la lumière laser. Les parties non exposées du substrat peuvent ensuite être facilement éliminées par lavage, laissant apparaître la forme souhaitée.
En photolithographie 2D, la forme est contrôlée par un masque opaque qui empêche le laser d’atteindre les parties indésirables du substrat. Cette approche convient parfaitement aux applications bidimensionnelles, car la lumière n’a besoin d’atteindre que la surface du substrat.
Pour appliquer ce concept à trois dimensions, le laser doit traverser le substrat, réticulant ainsi un volume interne. La difficulté réside alors dans la précision : le substrat n’étant pas parfaitement transparent, il dévie le faisceau laser lors de son passage, provoquant un flou.
L’équipe de Menon a mis au point une solution au problème de flou : un masque constitué d’une lentille nanostructurée qui compense la diffraction du substrat. Placé devant la source lumineuse, le masque canalise l’énergie du laser uniquement vers le volume de substrat qui deviendra l’impression finale.
Pour démontrer le fonctionnement de l’imprimante, les chercheurs ont réalisé diverses microstructures complexes, avec des rapports dimensionnels atteignant 120:1. Menon décrit ces impressions comme des « 2D étendues » plutôt que de véritables 3D : bien qu’elles possèdent une longueur, une largeur et une hauteur, les chercheurs ne peuvent contrôler que la forme des deux premières dimensions.
« Le masque fonctionne comme un emporte-pièce, découpant une forme complexe dans une pâte épaisse », explique Menon. « Le laser « cuit » simultanément la pâte de l’intérieur, ce qui confère à la forme obtenue une grande robustesse. »
Les chercheurs ont créé de multiples motifs de réseau pour leurs réseaux de microtubules. Les limitations de la technique se prêtent à la création de ces motifs, car ils présentent des détails extrêmement fins en deux dimensions, étendus au maximum dans la troisième. Lors d’expériences ultérieures, ils ont démontré que ces microtubules pouvaient transporter efficacement un liquide par capillarité et résister à divers tests de compression.
Les chercheurs travaillent actuellement à réaliser de véritables impressions 3D grâce à leur nouvelle technique.
https://attheu.utah.edu/facultystaff/holographic-printer-produces-3d-shapes-in-one-shot/
