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Des objets interactifs plus évolués grâce à l'impression 3D

Avec une technique d’impression 3D, les ingénieurs de Disney Research parviennent à créer directement des systèmes optiques apportant différentes propriétés, par exemple une fonction tactile. De quoi imaginer « un monde où les objets interactifs seront imprimés plutôt qu’assemblés » expliquent ces chercheurs.

Pour illustrer les possibilités qu’offre sa technique d’impression 3D de systèmes optiques, Disney Research a créé ces pièces de jeu d’échecs dont le socle transparent contient un réseau de tubes creux qui dirigent la lumière projetée de la base vers la face avant pour afficher la position sur l’échiquier. © Disney Research Pour illustrer les possibilités qu’offre sa technique d’impression 3D de systèmes optiques, Disney Research a créé ces pièces de jeu d’échecs dont le socle transparent contient un réseau de tubes creux qui dirigent la lumière projetée de la base vers la face avant pour afficher la position sur l’échiquier. © Disney Research

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Pleine de promesses, l'impression en 3D commence à peine à dévoiler tout le potentiel qu’elle recèle. Pour preuve, des ingénieurs du laboratoire de Disney Research viennent de mettre en évidence l’intérêt de cette technologie pour la création de systèmes optiques imprimés s’intègrant dans des objets interactifs.

En canalisant la lumière, ils leur confèrent des capacités d’éclairage, d’affichage et des propriétés tactiles. Pour ce faire, Disney Research a eu recours à un plastique transparent dont les propriétés optiques sont semblables à celles du plexiglas. Grâce à l’impression 3D, les systèmes optiques peuvent prendre des formes inédites, s’intégrer dans une structure faite d’autres matériaux et être combinés avec une architecture mécanique. En guise d’exemple, Disney Research a fabriqué des pièces de jeu d’échecs dont le socle est composé d’une face avant qui affiche la position sur l’échiquier.

L’impression 3D de Disney Research permet de fabriquer des ampoules qui sont en fait des blocs de plastique transparent parcouru par un motif composé de bulles d’air qui réfléchissent ou transmettent la lumière selon l’angle d’éclairage. © Disney Research
L’impression 3D de Disney Research permet de fabriquer des ampoules qui sont en fait des blocs de plastique transparent parcouru par un motif composé de bulles d’air qui réfléchissent ou transmettent la lumière selon l’angle d’éclairage. © Disney Research

Le socle est fait d’un cube transparent équipé d’un contacteur et parcouru de minuscules tubes creux, réalisés avec une imprimante 3D, qui dirigent la lumière projetée depuis la base vers la face avant où l’information s’affiche. Le principe des tubes conducteurs s’apparente à ce que peut faire la fibre optique.

« Nous entrevoyons un monde futur où les objets interactifs seront imprimés plutôt qu’assemblés, un monde où un objet fait de composants actifs est créé d’une seule pièce, plutôt qu’un boîtier renfermant des circuits imprimés et des pièces assemblées individuellement », expliquent les chercheurs de Disney Research dans leur publication technique.

Impression 3D par couches successives

Le procédé de fabrication part d’un modèle géométrique numérique, divisé en tranches qui seront imprimées physiquement couche par couche. Le produit utilisé pour créer les optiques est un photopolymère que l'on expose à un rayonnement ultraviolet pour le solidifier. L’imprimante 3D de Disney Research permet une résolution de 600 points par pouce. L’impression par couche permet également d’imbriquer différentes structures géométriques afin d’obtenir des propriétés optiques spécifiques. On peut par exemple jouer sur l’opacité du matériau pour canaliser la lumière. Il est aussi possible de combiner des éléments optiques avec des parties mécaniques comme des capteurs.

« Cette approche combinée ouvre une voie au prototypage physique d’interfaces avec des capteurs optiques à bas coût tels que des boutons, des accéléromètres, des interrupteurs ou des curseurs », estime Disney Research. On peut dès lors fabriquer des systèmes optiques qui seront sensitifs et réagiront au toucher. Pour cela, on se sert d’une paire d’émetteur-récepteur infrarouge pour capter plusieurs sortes de mouvements (linéaire, pression, rotation, accélération). Mais ce n’est pas tout.


Dans cette vidéo, Disney Research présente sa technique d’impression 3D (3D printing) de systèmes optiques, fabriqués couche par couche (layer by layer). Les exemples montrent comment on peut ainsi ajouter à des objets interactifs des fonctions d'affichage (displays) ou des capteurs (sensors). © Disney Research/YouTube

L'impression optique par Disney research

Partant de la technique des tubes conducteurs de lumière, les chercheurs de Disney sont parvenus à créer un affichage en volume. L’exemple le plus parlant est un petit personnage imprimé en 3D dont le cœur s’illumine en surface. À l’intérieur de la figurine, de petits tubes creux de tailles différentes alignés verticalement reproduisent la forme du cœur en 3D, le tout étant éclairé par le bas grâce à une Led rouge. « Bien qu’il s’agisse d’un exemple assez simple, ce type de structure interne est très difficile à obtenir avec d’autres procédés de fabrication », assurent les chercheurs. Sur cette base, il est possible de créer de l’affichage volumétrique en dessinant des formes à l’aide de bulles d’air insérées au cœur d’un bloc optique. Selon l’angle d’éclairage qui est donné, la lumière sera alors réfléchie ou bien transmise. 

Il y a cependant plusieurs écueils techniques à prendre en compte. Les éléments optiques imprimés en 3D ont besoin d’être retravaillés pour parfaire la transparence de la surface. Une combinaison polissage et lustrage est donc nécessaire, opération qu’il faut réaliser à la main dans le cas de pièces aux formes courbes. L’épaisseur de la pièce a aussi une incidence sur sa clarté, reconnaît Disney Research dans sa publication. Plus elle est importante et plus la transparence s’atténue. « Malgré les limitations que nous avons évoquées, en démontrant les capacités et le champ d’applications pour les optiques imprimées, nous espérons influencer le design des futurs systèmes d’impression 3D optimisés pour les applications optiques », concluent les chercheurs qui esquissent l’avenir de cette technique.

« Nous entrevoyons des imprimantes 3D avec diverses fonctions pour l’impression optique. La capacité à pouvoir contrôler dynamiquement des propriétés optiques telles que l’indice de réfraction, la diffusion, la transmission et l’absorption ouvrira la voie à un design encore plus élaboré pour l’éclairage, l’affichage et le toucher. »


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