L’impression 3D devient plus rapide grâce à la lumière

Posté le 22 mai 2019
par Arnaud Moign dans Chimie et Biotech

Les procédés de fabrication additive, aussi connus sous le terme “impression 3D” pour le grand public, ont de nombreux avantages, mais ils ont également un gros défaut : ils sont lents. Des chercheurs auraient réussi à accélérer considérablement l’impression 3D plastique en utilisant des sources lumineuses.

À l’origine, on considérait l’impression 3D comme une excellente technique de prototypage “rapide” et de production de pièces plastiques en très petite série. Mais les choses évoluent très vite dans ce domaine : il existe désormais des imprimantes 3D industrielles capables d’imprimer non seulement des polymères, mais aussi des métaux, des céramiques et même des composites, bref toutes sortes de matériaux dont la liste ne cesse de croître.

Impression 3D : une famille nombreuse

La famille des procédés de fabrication additive est déjà extrêmement fournie : frittage laser à partir de poudres polymères (SLS), métalliques ou céramiques, polymérisation d’un gel polymère, dépôt de fils fondu (FDM)… la liste est longue. Mais ces procédés ont tous un point commun, ils ne sont pas réellement de l’impression 3D, mais plutôt un empilement de couches 2D. Cette caractéristique a deux inconvénients : d’une part l’adhérence entre ces couches est rarement excellente et d’autre part cet empilement successif prend énormément de temps.

Comment gagner en rapidité d’impression ?

Plutôt que d’imprimer couche par couche, la solution idéale serait donc de créer directement la pièce en trois dimensions. Plus facile à dire qu’à faire ! C’est pourtant ce qu’a réussi à réaliser une équipe de chercheurs de l’université du Michigan. Leur méthode d’impression consiste à solidifier une résine liquide photopolymérisable contenue dans une cuve. Le fond de la cuve est rendu transparent grâce à une vitre qui laisse passer la lumière créée par deux sources lumineuses de longueurs d’onde différentes (cf. Figure ci-dessous).

Schéma de principe du procédé d’impression 3D par photopolymérisation /photoinhibition (Université du Michigan, licence CC BY-NC)

Ces deux sources lumineuses ont ainsi deux fonctions opposées : alors que la première longueur d’onde a pour rôle d’initier le processus de polymérisation de la résine, la deuxième source lumineuse sert à inhiber la polymérisation autour de la vitre. C’est donc grâce à cette deuxième source que le procédé reste sous contrôle et c’est à elle que l’on doit l’originalité de cette technique.

Vers l’impression 3D en continu

Une telle technique laisse enfin entrevoir la possibilité de faire passer la fabrication additive au stade de production industrielle, c’est-à-dire en continu. Pour prouver que cet objectif n’était pas hors de portée, les chercheurs ont d’ailleurs publié la formule permettant de calculer la vitesse maximum d’impression en continu de leur système. Cependant, la vitesse théorique est difficilement atteignable en pratique à cause de la persistance de radicaux inhibiteurs et de la forte viscosité de la résine. Néanmoins les travaux qu’ils ont réalisés sont plutôt encourageants puisqu’ils ont tout de même réussi à imprimer des motifs simples à une vitesse linéaire de 2 m/h.

Fabrication additive volumétrique par reconstruction topographique

Cette équipe n’est pas la seule à travailler sur l’impression 3D volumétrique. En effet, des chercheurs de l’université de Californie, à Berkeley, sont en train de développer un procédé utilisant la lumière d’un projecteur contrôlé par ordinateur. Cette fois-ci il s’agit de projeter des images en deux dimensions à travers un gel photosensible dans une cuve en rotation. L’avantage de cette technique est de s’affranchir du problème de la viscosité de la résine liquide, puisqu’il n’y a pas d’autres mouvements mécaniques que celui de la rotation de la cuve. Par conséquent, cette autre technique permet d’utiliser des matériaux à viscosité très élevée, jusqu’ici inutilisables par les procédés classiques.

Le domaine de l’impression 3D est en perpétuelle évolution et ces deux exemples prouvent que les capacités des machines qui seront commercialisées dans le futur n’ont pas fini de nous surprendre.

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