Impression 4D : promesses ou futur opérationnel ?

Le concept d’impression 3D a été breveté en 1984 par deux brevets concernant la stéréolithographie consistant en la polymérisation résolue dans l’espace d’une résine sensible à la lumière. Les coordonnées de l’objet à réaliser étaient mémorisées dans un ordinateur qui pilotait des miroirs galvanométriques, pour transformer un liquide en un solide par photopolymérisation d'une couche fluide, voxel après voxel, d’où le concept de « fabrication additive ». L'ajout d'une deuxième couche, puis d'une troisième, etc. permettait en principe de créer la pièce prototype souhaitée qu'il fallait enfin extraire (et laver) du fluide non phototransformé. Aujourd’hui, le succès des sept technologies issues du concept d’additivité ne se dément pas avec plus de 150 000 publications, un marché de quelques dizaines de milliards €/an, un taux d’augmentation de 20 %/an, etc.

Mais dans le même temps, de nouvelles niches applicatives se dessinent, associées à la stabilisation et la robustesse de la technologie âgée de 36 ans qui leur sert de point d’appui solide. Avec l’utilisation d’une matière plus « intelligente », le développement de procédés alternatifs, il a été possible de pousser les technologies 3D en dehors de leurs domaines d’excellence pour explorer de nouvelles niches applicatives comme celles où l’on cherche à modifier la forme et/ou la fonctionnalité d’objets 3D pour créer en une seule opération de nouveaux moteurs, de nouveaux actionneurs et/ou capteurs, de contribuer au développement de la robotique souple, etc. L’approche biomimétique (à l’image de la pomme de pin qui s’ouvre en l’absence d’humidité pour que les graines atteignent le sol au « bon » moment) sert de représentation imagée à la présentation et à l’exploitation du concept.

D’aucuns ont pu penser qu’on pouvait s’affranchir des déterminismes imposés par les machines 3D en utilisant des modes chimiques de transformation de la matière, et jouer sur des processus d’auto-organisation spontanés ou stimulés (cas particulier du bio-printing, une forme d’impression 4D appliquée au vivant). Mais si des preuves de concept peuvent mettre en lumière un champ de possibilités, dans les faits et pour différentes raisons rappelées dans cet article (conservatisme scientifique, satisfaction du besoin, usage de machines 3D commerciales, etc.), la balle reste dans le camp de la fabrication additive, même si d’autres difficultés limitent encore le développement de l’impression 4D. On est donc encore loin de « Terminator » où l’on peut commander par l’esprit la matière et il est peu probable qu'une forme donnée correspondant à une instruction précise par le concepteur soit atteinte à partir de perturbations spécifiques spontanées, voire maîtrisées, situées dans l'espace et le temps. S’il est possible d'orienter un système tridimensionnel au moins en partie vers une forme souhaitée, en introduisant un déterminisme apparent, parfois contrôlé par l'ingénieur, basé sur certaines lois de la physique, de la chimie et de la biologie, de nombreux verrous limitent encore le développement du 4D Printing. Toutefois, en modifiant l'environnement, il est en principe possible de changer la forme des objets créés dans un ou plusieurs champs potentiels (mécanique, électromagnétique, photonique, chimique, biochimique, etc.). C'est ce qui définit l'idée de base de l'impression en 4D présentée ici en apportant un élément essentiel, le temps, à la fabrication additive couvrant déjà les trois paramètres d’espace.