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Une imprimante 3D ultrarapide et travaillant en continu

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Pour imprimer un objet en 3D, il faut parfois plusieurs heures et la résistance mécanique obtenue n'est pas toujours à la hauteur des espérances. Une équipe de chercheurs américains vient de mettre au point un nouveau procédé qui imprime des objets en 3D moins fragiles et de manière plus rapide. Ils ont même créé leur start-up, Carbon3D.

La start-up Carbon3D espère commercialiser son imprimante 3D courant 2015. Le processus s'appuie sur une impression en continue, à la différence des impressions couche par couche. © Carbon3D

L'annonce est parue il y a quelques jours dans le magazine Science. Une équipe de chercheurs de l'université de Caroline du Nord (États-Unis), dirigée par Joseph DeSimone, est parvenue à accélérer et à lisser le processus d'impression 3D grâce à ce que l'on pourrait qualifier d'une simple astuce de chimiste. Clip pour Continuous Liquid Interface Production : c'est le nom qu'ils ont donné à cette technologie innovante qui permet d'accélérer la production de 25 à 100 fois.

Rappelons que la technologie de la fabrication additive, plus connue aujourd'hui sous le terme d'impression 3D, a vu le jour au milieu des années 1980. Elle permet de fabriquer un objet grâce à un dépôt de matière, couche par couche. Selon le Wholers Report 2014, le marché de l'impression 3D aurait triplé en trois ans seulement, passant en 2013 à plus de 3,07 milliards de dollars dans le monde. Car les applications sont nombreuses dans le secteur de l'armement, de l'aéronautique, de la médecine ou de la recherche, pour n'en citer que quelques-uns.

L’imprimante de Carbon 3D fabrique l’objet en continu et non pas couche par couche. © Carbon 3D

La fin de l’impression couche par couche ?

Traditionnellement, les imprimantes 3D construisent donc un objet couche par couche en appliquant un rayonnement ultra-violet sur une résine liquide et photosensible, par exemple. Elle durcit ensuite sous l'effet du rayonnement. Une fois une première couche solidifiée, l'objet est tiré vers le haut pour permettre la création d'une deuxième couche puis d'une troisième, d'une quatrième, etc. En fonction de la taille et de la complexité de l'objet, ce processus, connu sous le nom de stéréolithographie, peut durer des heures. En effet, le rayonnement doit être interrompu entre chaque couche, le temps d'ajouter un peu plus de résine liquide. L'objet produit peut ainsi présenter quelques défaillances mécaniques, justement du fait de sa composition en couches.

L'équipe de l'université de Caroline du Nord propose de procéder de manière continue, plutôt que couche par couche. Pour ce faire, les chimistes ont choisi un matériau perméable à l'oxygène pour constituer le fond du récipient qui contient le bain de résine, l'oxygène empêchant la résine de se solidifier sous l'effet du rayonnement ultraviolet. Ils ont ainsi pu créer une sorte de « zone morte » de quelques dizaines de microns d'épaisseur seulement. Une zone dans laquelle la résine reste toujours liquide. De quoi permettre de former des objets en continu, sans avoir à attendre la réinjection de résine liquide fraîche pour avancer.

De la lumière ultraviolette est projetée (Projector) à travers une fenêtre transparente et perméable à l’oxygène (Oxygen Permeable Windows) dans un réservoir de résine liquide photosensible (UV Curable Resin). L'image créée par cette lumière dessine la forme à solidifier. La plateforme de construction (Build Platform) soulève l’objet de manière continue. En contrôlant le flux d'oxygène à travers la fenêtre, Clip crée une « zone morte » (Dead Zone), une fine couche de résine non durcie, entre la fenêtre et l'objet. L’ensemble du processus est piloté par un logiciel sophistiqué qui contrôle les variables. © Carbon3D

Des objets plus solides et un plus grand choix de matériaux

Ce nouveau procédé présente finalement plusieurs avantages. Le premier a déjà été cité. Il permet de fabriquer des objets plus rapidement. Typiquement, là où l'impression par stéréolithographie prend plus de 11 heures, celle réalisée par Clip prendrait à peine plus de... six minutes ! En s'affranchissant de la fabrication couche par couche, Clip permet aussi de produire des objets moins fragiles. Les chimistes américains l'assurent, le procédé rend également possible l'usage de matériaux qui ne convenaient pas, jusqu'alors, à l'impression 3D, comme des matériaux flexibles ou caoutchouteux. L'usage d'élastomères pourrait ainsi permettre d'imprimer des chaussures de sport ou des pièces automobiles.

Convaincus de la richesse de leur idée, les chercheurs de l'université de Caroline du Nord ont lancé une start-up baptisée Carbon3D. Son objectif est de mettre au point une imprimante 3D qui pourra être commercialisée dans l'année. « Nous sommes impatients de découvrir comment les ingénieurs du monde entier réussiront à la mettre en œuvre au cœur de leurs projets », conclut Joseph DeSimone, chimiste, professeur et cofondateur de Carbon3D.