En adaptant une technologie initialement développée pour la recherche biologique, une équipe de l’École polytechnique fédérale de Zurich, en Suisse, a développé un procédé d’impression 3D pour fabriquer des objets microscopiques en cuivre. Cette innovation pourrait notamment servir dans l’horlogerie pour la fabrication de pièces ainsi que pour la chirurgie endoscopique.
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Après avoir imprimé la plus petite image couleur au monde, les équipes de l'École polytechnique fédérale de Zurich (ETH, Suisse) font à nouveau la démonstration de leur maîtrise des techniques d'impression microscopique. Cette fois, il s'agit d'un procédé d'impression 3D par électrodéposition avec lequel il est possible de fabriquer des objets en cuivrecuivre dont la taille ne dépasse pas quelques micromètresmicromètres.

La méthode est dérivée d'une technique mise au point à l'ETH en 2009 nommée FluidFM qui utilise une nano-seringue permettant d'injecter des traitements dans une cellule sans l'endommager. Le système repose sur une micropipette montée sur un ressort à lame qui peut être positionnée avec une très grande précision. Il a été adapté pour faire un dépôt électrolytique de métaux liquidesliquides sur un substratsubstrat conducteur.

Le procédé débute par le dépôt d'une gouttelette de liquide sur une plaque en or. La micropipette s'insère dans la gouttelette et y injecte lentement une solution de sulfate de cuivre. Une électrodeélectrode va appliquer une tension entre la gouttelette et le substrat, provoquant l'électrolyseélectrolyse qui va solidifier le cuivre sous forme d'un pixelpixel en trois dimensions. L'impression 3D qui est contrôlée par un ordinateurordinateur fabrique les objets par déposition de couches successives. La micropipette fait donc office de tête d'impression dont la résolutionrésolution dépend de la taille de la buse. À l'heure actuelle, la dimension individuelle des pixels en 3D peut varier de 800 nanomètresnanomètres à plus de cinq micromètres.

Voici l’un des objets 3D en cuivre fabriqué grâce à la technique d’impression microscopique de l’ETH Zurich. L’image a été agrandie, la taille réelle est en réalité de 50 micromètres. © ETH Zurich, Luca Hirt

Voici l’un des objets 3D en cuivre fabriqué grâce à la technique d’impression microscopique de l’ETH Zurich. L’image a été agrandie, la taille réelle est en réalité de 50 micromètres. © ETH Zurich, Luca Hirt

D’autres matériaux que le cuivre peuvent être utilisés

L'un des intérêts de cette méthode est que le ressort à lame qui soutient la pipettepipette sert à mesurer la force qui s'exerce sur l'extrémité. Cela permet de déterminer les zones qui ont déjà été imprimées, ce qui est indispensable dans la perspective d'une automatisation de ce type d'impression.

Dans leur article scientifique relatant cette innovation (publié dans la revue Advanced Materials), les chercheurs de l'ETH exposent plusieurs exemples d'objets microscopiques qu'ils ont réalisés à l'aide de ce procédé. Il y a notamment un trio de microspirales imbriquées fabriquées en une seule étape. Par ailleurs, le document indique que le système peut très bien fonctionner avec d'autres métauxmétaux que le cuivre et même des polymèrespolymères et des matériaux composites.

La technologie, qui a fait l'objet d'un dépôt de brevet, est d'ores et déjà entrée dans une phase commerciale. Cytosurge, l'entreprise issue des travaux de l'ETH sur FluidFM, a obtenu une licence d'exploitation. Elle compte optimiser le processus afin de pouvoir l'industrialiser en ciblant des marchés comme l'horlogerie, le secteur automobile ou encore les instruments médicaux pour la chirurgiechirurgie endoscopique. L'une des premières applicationsapplications envisagées est le prototypage rapide des composants microscopiques. Échange de bons procédés, les scientifiques de l'ETH sont les premiers à disposer des équipements mis au point par Cytosurge.