Plutôt que de construire des filaments de plastique couche par couche, une nouvelle approche de l’impression 3D permet de produire des formes complexes venant d’un conteneur de liquide et de deux sources de lumière, et cela jusqu’à 100 fois plus rapidement que les processus d’impression 3D classiques.

Une imprimante utilisant la lumière

Cette nouvelle façon d’imprimer en 3D pourrait changer le jeu pour des travaux de fabrication relativement petits, produisant moins de 10 000 articles identiques, car cela signifierait que les objets pourraient être fabriqués sans nécessiter un moule coûtant plus de 10 000 $. Mais la forme la plus connue d’impression 3D, qui consiste  à construire des objets 3D avec une série de lignes 1D, n’a jamais été en mesure de combler cette lacune sur des délais de production typiques d’une semaine ou deux.
«En utilisant des approches conventionnelles, cela n’est vraiment réalisable que si vous avez des centaines de machines», a déclaré Timothy Scott, professeur agrégé d’ingénierie chimique à l’U-M, qui a dirigé le développement de cette nouvelle approche de l’impression 3D avec Mark Burns, T.C. Chang Professeur d’ingénierie à l’U-M.
Leur méthode consiste à solidifier la résine liquide à l’aide de deux lampes pour contrôler l’endroit où la résine durcit et où elle reste fluide. Cela permet à l’équipe de solidifier la résine selon des modèles plus sophistiqués. Ils peuvent créer un bas-relief 3D en un seul plan plutôt qu’en une série de lignes 1D ou de sections transversales 2D. Leurs démonstrations d’impression comprennent un réseau, un bateau jouet et un bloc M.

Une vidéo montrant comment cela fonctionne

«C’est l’une des toutes premières imprimantes 3D utilisant la lumière jamais fabriquées», a déclaré Burns, professeur de génie chimique et biomédical. Mais la véritable approche 3D n’est pas une simple cascade de résine: il était nécessaire de surmonter les limites des efforts précédents en matière d’impression de conteneur. À savoir, la résine a tendance à se solidifier sur la fenêtre dans laquelle la lumière brille, interrompant le travail d’impression au moment où il commence.
En créant une région relativement grande où aucune solidification ne se produit, des résines plus épaisses, potentiellement avec des additifs de renforcement en poudre, peuvent être utilisées pour produire des objets plus durables. Le procédé optimise également l’intégrité structurelle de l’impression 3D par filament, car ces objets présentent des points faibles entre les couches.

Obtenir des matériaux beaucoup plus durs et plus résistants

«Vous pouvez obtenir des matériaux beaucoup plus durs et plus résistants à l’usure», a déclaré Scott. Une solution antérieure au problème de la solidification sur fenêtre était une fenêtre laissant passer l’oxygène. L’oxygène pénètre dans la résine et arrête la solidification près de la fenêtre, laissant un film de fluide qui permettra à la surface nouvellement imprimée d’être retirée.
Mais comme cet espace n’est pas aussi épais qu’un morceau de ruban adhésif transparent, la résine doit être très liquide pour couler assez rapidement dans le petit espace entre l’objet nouvellement solidifié et la fenêtre lorsque la pièce est relevée. L’impression par des cuves a donc été limitée à de petits produits personnalisés qui seront traités avec une douceur relative, tels que les appareils dentaires et les semelles intérieures de chaussures.
En remplaçant l’oxygène par une deuxième lumière pour arrêter la solidification, l’équipe du Michigan peut créer un écart beaucoup plus grand entre l’objet et la fenêtre, d’une épaisseur de plusieurs millimètres, permettant ainsi à la résine de couler des milliers de fois plus rapidement.
La chimie de la résine est la clé du succès de cette méthode. Dans les systèmes conventionnels, il n’y a qu’une seule réaction. Un photoactivateur durcit la résine partout où la lumière brille. Dans le système de l’Université du Michigan, il existe également un photoinhibiteur, qui répond à une longueur d’onde différente de la lumière.
Plutôt que de contrôler simplement la solidification dans un plan 2D, comme le font les techniques d’impression de cuve actuelles, l’équipe du Michigan peut appliquer un motif aux deux types de lumière pour durcir la résine à pratiquement n’importe quel endroit en 3D près de la fenêtre d’éclairage.

Un brevet pour protéger les multiples aspects inventifs de cette approche

L’U-M a déposé trois demandes de brevet afin de protéger les multiples aspects inventifs de cette approche, et Scott se prépare à lancer une nouvelle entreprise. Un article décrivant cette recherche est publié dans Science Advances, intitulé «Fabrication additive rapide et continue par structure d’inhibition de polymérisation volumétrique».
Source : University of Michigan