Une seule résine d’impression 3D peut être dure ou caoutchouteuse, ou un mélange des deux
Une nouvelle approche de l’impression 3D utilise la lumière dans de nouvelles résines qui offrent une flexibilité, une résistance et une complexité similaires à celles que l’on trouve dans la nature
Inspirés par la façon dont la nature mélange la résistance et la flexibilité, comme la structure rigide de l’os entourée de cartilage souple, le tout avec des propriétés géométriques élégantes et précises, les chercheurs de l’Université du Texas à Austin ont développé une nouvelle méthode d’impression 3D rapide et précise qui fusionne de manière transparente les propriétés molles et dures en un seul objet en utilisant différentes couleurs de lumière.
Cette avancée pourrait ouvrir la voie à des prothèses de nouvelle génération, des dispositifs médicaux flexibles et des composants électroniques extensibles qui accompagnent naturellement le corps, à la manière d’une articulation ou d’un ligament humain. Le procédé est décrit dans un article paru aujourd’hui dans Nature Materials .
« Ce qui m’a vraiment motivé, moi et mon groupe de recherche, c’est d’étudier les matériaux naturels », explique Zak Page, professeur adjoint de chimie à l’UT Austin et auteur correspondant. « La nature opère de manière organique, en combinant matériaux durs et mous sans rupture à l’interface. Nous voulions reproduire ce phénomène. »
Un article connexe publié le 29 mai dans ACS Central Science par Page et d’autres auteurs décrit un travail adjacent, que les éditeurs de la revue ont salué dans un commentaire « First Reactions », affirmant que le travail représente « l’avenir de l’impression 3D » et montre « comment la lumière — non seulement comme un outil pour durcir la résine, mais comme un sculpteur finement réglé — peut conduire la prochaine génération de fabrication additive. »
« Cette approche pourrait rendre la fabrication additive plus compétitive pour la production en grande série par rapport aux procédés traditionnels comme le moulage par injection. Tout aussi important, elle ouvre de nouvelles possibilités de conception », a déclaré Keldy Mason, auteur principal de cette dernière étude et étudiant diplômé au laboratoire de Page. « Cela offre aux ingénieurs, aux concepteurs et aux fabricants une plus grande liberté de création. »
L’un des plus grands défis de la création d’objets aux propriétés physiques très différentes réside dans la tendance des matériaux à se détériorer à l’interface, au point de contact. Imaginez la façon dont la semelle en caoutchouc d’une chaussure de course se détachera avec le temps du tissu mesh plus souple qui la recouvre.
La nouvelle méthode d’impression 3D utilise une résine liquide sur mesure et un système d’impression à double lumière qui active différentes réactions chimiques selon la couleur de la lumière utilisée. Sous l’effet de la lumière violette, la résine durcit et forme un matériau élastique, semblable à du caoutchouc. Cependant, dans les zones exposées à la lumière ultraviolette à plus haute énergie, elle devient rigide et résistante. Le résultat est un objet présentant des zones distinctes de souplesse et de dureté, fabriqué en une seule impression.
« Nous avons intégré une molécule contenant les deux groupes réactifs afin que nos deux réactions de solidification puissent communiquer à l’interface », a expliqué Page. « Cela renforce considérablement la connexion entre les parties molles et dures, et permet une transition progressive si nécessaire. »
L’équipe a démontré le système en imprimant une articulation du genou petite mais fonctionnelle, dotée de ligaments flexibles et d’os rigides qui se déplacent ensemble en douceur. Elle a également créé un prototype de dispositif électronique extensible composé d’un fil d’or monté sur une bande pouvant se plier et s’étirer par parties, mais avec une section plus rigide pour éviter toute rupture du circuit.
« Honnêtement, ce qui m’a le plus surpris, c’est l’efficacité du premier essai. C’est rarement le cas avec les résines d’impression 3D », a déclaré Page. « Nous avons également été surpris par la différence de propriétés. Les parties souples s’étiraient comme un élastique et rebondissaient. Les parties dures étaient aussi résistantes que les plastiques utilisés dans les produits de consommation. »
Le processus est également plus rapide et offre une meilleure résolution que les approches précédentes. De plus, la configuration de l’imprimante étant relativement simple et abordable, cette technologie pourrait devenir accessible aux chercheurs, aux hôpitaux et aux enseignants.
« Cela pourrait servir à prototyper des modèles chirurgicaux, des capteurs portables ou même des robots souples », a déclaré Page. « Le potentiel est immense. »