Un ingénieur textile développe un matériau imprimé en 3D pour améliorer la mobilité des vêtements de protection
infohightech ·
par Craig Philip, Université Heriot-Watt
Un ingénieur textile de l'Université Heriot-Watt a développé un nouveau matériau pour améliorer la flexibilité et le confort des équipements de protection individuelle (EPI).
Les vêtements de protection traditionnels sont souvent fabriqués en mousse pour absorber les chocs, mais cela se traduit par une mobilité réduite. Pour pallier cette limitation, le Dr Saadullah Channa, de l'École de Textiles et de Design (SOTD) de Galashiels, dans les Scottish Borders, a utilisé l'impression 3D pour créer un matériau souple à partir d'une seule résine flexible disposée en nid d'abeille rentrant, comme alternative à la mousse.
Contrairement aux nids d'abeilles hexagonaux classiques, une structure en nid d'abeilles rentrante présente des parois cellulaires saillantes vers l'intérieur. Cette géométrie unique lui confère des propriétés auxétiques : lorsqu'elle est étirée dans une direction, elle se dilate au lieu de se contracter, et lorsqu'elle est soumise à un impact, elle se contracte au lieu de se dilater, ce qui améliore à la fois sa flexibilité et sa résistance.
Les premiers tests du matériau, connu sous le nom de structure auxétique imprimée en 3D, se sont révélés prometteurs. Une couche de 5 mm offre une protection contre les chocs environ trois fois supérieure à celle d'une mousse traditionnelle de même épaisseur. Fait important, elle fléchit dans toutes les directions, offrant un confort et une mobilité accrus sans compromettre la sécurité.
Le Dr Channa affirme que même si l’objectif principal de ses recherches est d’améliorer l’ergonomie des vêtements de sport, elles présentent également un énorme potentiel d’application dans d’autres secteurs, notamment les soins de santé.
Le Dr Channa a réalisé ce travail dans le cadre de son doctorat. Il a déclaré : « Je cherchais un matériau capable de réduire l'épaisseur de la mousse tout en améliorant la résistance aux chocs. Mes recherches indiquent que les structures cellulaires en nid d'abeille rentrantes imprimées en 3D présentent un potentiel important pour les applications d'EPI, contribuant à prévenir les blessures par impact aux genoux, aux hanches, aux coudes et aux épaules. Cette structure assure le confort, permet des mouvements corporels naturels et offre une solution résistante aux chocs. »
Le polyuréthane est couramment utilisé dans les mousses de protection. De minuscules bulles durcissent pour former une structure robuste capable d'absorber les chocs. La mousse traditionnelle peut cependant être volumineuse et souvent associée à des matériaux plus durs pour en améliorer la durabilité.
Le Dr Channa a découvert qu'en structurant une résine flexible similaire à base de polyuréthane dans un motif en nid d'abeille rentrant, il pouvait obtenir un niveau de protection plus élevé avec une épaisseur réduite, améliorant considérablement la mobilité.
Image illustrant la flexibilité de la structure Un ingénieur textile développe un matériau imprimé en 3D pour améliorer la mobilité des vêtements de protection imprimée en 3D. Crédit : Université Heriot-Watt
Une série d'expériences a été menée sur le campus de Galashiels, où des capteurs ont permis de mesurer les forces transmises à travers le matériau lors de l'impact. Les résultats ont révélé une absorption d'énergie exceptionnelle, confirmant l'efficacité de la structure auxétique.
Le Dr Channa a ajouté : « Lorsque les résultats sont arrivés, c'était extrêmement enthousiasmant. Cette approche pourrait révolutionner la conception des vêtements de protection, en les rendant plus confortables sans compromettre la sécurité. »
Cette étude est considérée comme l’une des premières à explorer à la fois la mobilité et la résistance aux chocs d’un matériau auxétique, ouvrant la voie à des applications plus avancées dans les vêtements de protection.
Le Dr Channa a l’intention de travailler avec l’industrie, y compris des marques de sport de renom, pour commercialiser son matériel.
Le Dr Danmei Sun, professeur associé en matériaux et technologies textiles à l'École des textiles et du design et superviseur académique de la recherche, a déclaré : « La recherche de doctorat révolutionnaire du Dr Channa sur les structures en nid d'abeille imprimées en 3D avec des performances d'impact à réponse active a le potentiel de transformer le secteur des EPI.
« Elle offre une alternative aux mousses de protection conventionnelles. Cette découverte améliore à la fois la flexibilité et la résistance aux chocs, alliant sécurité et mobilité. En réduisant l'épaisseur du matériau tout en améliorant l'absorption d'énergie, cette innovation pourrait permettre de concevoir des équipements de protection plus confortables pour des secteurs tels que la santé, le sport et les interventions d'urgence. »