Une résine unique permet à la méthode d'impression 3D d'ajouter et de soustraire
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La fabrication additive, ou impression 3D, est généralement un processus irréversible. Dans une imprimante DLP (Digital Light Processing), un motif structuré est projeté sur une couche de résine liquide, qui durcit et se solidifie. L'objet est ainsi construit couche par couche. Mais si l'impression n'est pas parfaite, il n'existe aucun moyen simple de la corriger a posteriori : elle finit généralement à la poubelle.
Une nouvelle résine permet l'impression 3D réversible
Dans une nouvelle étude publiée dans Advanced Materials Technologies , des chercheurs du Laboratoire national Lawrence Livermore (LLNL) ont mis au point un système de fabrication hybride, combinant extrusion et soustraction, utilisant une résine unique qui améliore l'impression 3D traditionnelle grâce à son comportement à deux longueurs d'onde. Sous lumière bleue , la résine polymérise et durcit. Sous lumière ultraviolette, elle se liquéfie. Ce système d'impression hybride permet la correction des défauts, offre une meilleure résolution d'impression et favorise le recyclage et la valorisation des pièces.
« Imaginez qu'une entreprise ait besoin d'une pièce pour une machine, mais qu'il s'agisse d'un prototype et qu'elle ne sache pas exactement ce qu'elle veut », explique Benjamin Alameda, scientifique et auteur au LLNL. « Théoriquement, elle pourrait l'imprimer avec notre résine. Et s'il y avait des défauts ou si elle souhaitait apporter des modifications, elle n'aurait pas besoin d'imprimer une pièce entièrement nouvelle. Il lui suffirait d'exposer la pièce existante à une autre longueur d'onde. C'est pratique et moins gaspilleur. »
À titre d'exemple, les chercheurs ont imprimé un dispositif fluidique comportant deux canaux séparés. En exploitant la dégradation de leur résine, ils ont pu connecter les canaux après impression.
« Nous l'avons fait exprès. Mais s'il s'agissait réellement d'un problème de connexion des canaux, il aurait fallu refaire toute l'impression », a déclaré Johanna Schwartz, scientifique et auteure au LLNL. « Maintenant, après coup, il suffit d'une correction très simple. Le document est de nouveau utilisable. »
Commercialisation et détails techniques de la résine
La technologie de résine brevetée est disponible à la commercialisation via le Bureau de l'innovation et des partenariats (IPO) du LLNL. Elle permet à tous les systèmes d'impression 3D à base de lumière de créer des pièces plus complexes et détaillées avec une résolution supérieure, de lisser les surfaces et de corriger les défauts, ainsi que d'ajouter et de supprimer des supports temporaires. Cette technologie, développée grâce aux installations, aux capacités et à l'expertise uniques du LLNL, peut être concédée sous licence aux entreprises de fabrication de pointe et utilisée dans les imprimantes 3D existantes pour réaliser des économies de temps et de matériaux grâce à la création d'impressions 3D modifiables et recyclables.
La résine est la clé du succès de cette impression à double fonction : les auteurs ont optimisé chaque composant de sa chimie. La lumière bleue provoque la réticulation des molécules de la résine, une technique classique en impression 3D. De manière novatrice, la lumière ultraviolette génère de l'acide dans la résine. Les molécules sont spécifiquement conçues pour réagir à l'acide et se décomposer à nouveau en liquide.
Trouver le juste équilibre entre stabilité et dégradabilité représentait un véritable défi. L'équipe a conçu la résine pour qu'elle durcisse et se dégrade rapidement, mais pas trop vite afin d'éviter une dégradation spontanée. Elle a constaté que les revêtements classiques peuvent protéger les pièces de la dégradation due au rayonnement ultraviolet naturel du soleil.
Orientations futures pour la fabrication adaptative
À l'avenir, les scientifiques élargiront encore les capacités de cette fabrication hybride en intégrant la métrologie embarquée et le contrôle par rétroaction afin de corriger automatiquement et de manière autonome les erreurs d'impression en temps réel.
« Dès que nous détectons des erreurs d'impression, nous pouvons modifier en temps réel les images de projection pour les corriger instantanément, ce qui permet une véritable fabrication adaptative. Outre l'impression DLP, nous prévoyons également d'appliquer cette méthode à la fabrication additive et soustractive volumétrique, qui consiste à éclairer un flacon de résine en rotation pour fabriquer une pièce 3D en une seule opération », explique Liliana Dongping Terrel-Perez, auteure de l'étude et chercheuse au LLNL.
Le projet était dirigé par Liliana Dongping Terrel-Perez. Outre Alameda et Schwartz, l'équipe comprenait Holden Howard, Martin De Beer et Magi Yassa.
https://www.llnl.gov/article/53586/unique-resin-allows-3d-printing-method-add-subtract