Un biopolymère à base de lignine pour l’impression 3D

Les matériaux végétaux pour l’impression 3D sont pléthores. Cependant, ils sont encore bien souvent marginaux ou réservés à des utilisations ponctuelles pour des particuliers. Mais les biopolymères ont toute leur place dans l’impression 3D comme le prouve ce nouveau matériau proposé par l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Ce laboratoire américain a développé un biocomposite à base de lignine qui peut être utilisé pour faire de l’impression 3D à l’échelle industrielle. Une démarche intéressante surtout quand elle utilise les coproduits d’autres filières végétales. Le nouveau matériau mise en œuvre dans ce laboratoire de recherche américain est un mélange de lignine, de caoutchouc synthétique (styrène-butadiène), de fibres de carbone et d’ABS (acrylonitrile butadiène styrène). Ces travaux ont donné lieu à un dépôt de brevets et ont été publiés dans la revue Applied Materials Today.

Des fibres de carbone clés

L’ORNL a profité de son expérience de plus de 5 ans avec les matériaux à base de lignine pour ces recherches. La lignine, composant clé des cellules végétales et qui leur confèrent leur rigidité est un coproduit abondant de certaines filières végétales comme les biocarburants. Au départ, les recherches ont seulement porté sur un apport de lignine à un mélange de thermoplastiques (caoutchouc synthétique + ABS), mais les chercheurs ont fait face à des difficultés pour préserver la fluidité du mélange lors du chauffage. Ils ont alors eu l’idée d’ajouter 10 % de fibres de carbone discontinues (Cfs). Cet ajout a été décisif pour l’obtention de propriétés très intéressantes : non seulement le mélange a été amélioré mais cela a aussi permis de renforcer les liaisons entre les différentes couches déposées lors de la fabrication avec une adhésion intercouches améliorée de 100 %. Par ailleurs, la lignine et les fibres de carbones confèrent au matériau final qui contient 40 % de lignine, de très bonnes propriétés mécaniques que les chercheurs espèrent encore améliorer. En outre, la technique mise au point en laboratoire peut être facilement transférée à un niveau industriel.

D’autres coproduits sont en 3D

Ce n’est pas la première fois que les nouveaux matériaux conçus pour l’impression 3D cherchent à utiliser des coproduits ou des déchets. On peut par exemple citer les divers produits au catalogue de l’américain 3D Fuel. L’entreprise a composé une gamme de filaments biocomposites en partenariat avec c2rnew, un spécialiste des matériaux composites utilisant des résidus, coproduits et déchets issus de l’agriculture ou du traitement des déchets. La gamme comprend aujourd’hui quatre filaments différents incorporant des drêches de bière, du chanvre, du marc de café ou encore des cendres d’incinération. Mais on peut aussi trouver des filaments à base d’algues chez Algix 3D et potentiellement toutes sortes de biopolymères peuvent être adaptés. Par exemple, Eric Klarenbeek et Maartje Dros, deux designers hollandais, travaillent ainsi avec des biopolymères à base d’algues, de mycélium, d’amidon de pommes de terre ou de coques de noix de coco.

Sophie Hoguin