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RÉSUMÉ
Eviter la mise en place de couches en fabrication additive (stéréolithographie) ou oublier l’introduction de supports de réalisation d’un objet 3D complexe non déformé, c’est ce que fait l’impression 3D « volumique » par apport précis dans le volume de l’énergie « utile » à la transformation souhaitée. Il s’agit d’exploiter des processus non-linéaires, simultanés ou séquentiels, qui, pour la plupart, font intervenir la lumière. Les avantages précités doivent donc être mis en regard avec le besoin de transparence des milieux réactifs classiques en 3D, empêchant par exemple la réalisation d’objets en métal. Cet article présente l’état de l’art, les tendances actuelles avec des limites, et tout le potentiel de cette technologie en devenir (en particulier en termes de résolution spatiale).
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Jean-Claude ANDRÉ : Directeur de recherche au CNRS
INTRODUCTION
L’impression 3D s’est développée en 1984 sur un principe d’additivité en jouant sur un couplage matière-énergie simple, avec pour première technologie la stéréolithographie, représentant un procédé de photopolymérisation à un photon. Grâce à ce principe, d’autres procédés ont pu émerger, utilisant des matériaux solides, pâteux, pulvérulents, organiques et/ou minéraux. Or, en 1984, les connaissances scientifiques existaient déjà sur des procédés « à seuil » plus complexes qui auraient pu être exploités. Si, dans ce cas, on pouvait éviter de passer par l’étape d’addition de couches, le choix des matériaux utilisables reste plus critique (et la réalisation de pièces métalliques aurait pu être plus tardive ou rester dans les limbes…).
Avec des critères de transparence, il est possible de réaliser des objets 3D sans passer par l’étape de couches superposées parce qu’on exploite des procédés optiques non linéaires ou chimiques à seuils. C’est sur ces fondements que l’impression 3D « volumique » est née (appelée parfois « volumétrique », sans doute parce qu’en anglais on parle de 3D Volumetric), jetant aux oubliettes le terme de « fabrication additive » classiquement utilisé pour faire la différence avec les fabrications soustractives par enlèvement de matière. La 3D volumique dispose d’un spectre d’application plus limité que les autres technologies 3D, mais permet de réaliser des objets avec des temps machine et de conception plus courts et, dans certains cas, avec une meilleure résolution spatiale. Elle devrait donc s’intégrer dans la panoplie des dispositifs 3D présents sur le marché.
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Vers un cinéma 3D ? Des stockages de données ? Voir autrement la 3D volumique ?
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5. Utilisation de la cinétique à seuil de polymérisation
5.1 Procédé à N sources
La figure 3 a montré une cinétique classique de polymérisation radicalaire en chaînes en excitation lumineuse continue avec une vitesse pratiquement nulle tant que l’on n’a pas consommé les inhibiteurs présents dans la zone réactive. Dans ces conditions, en utilisant plusieurs faisceaux lumineux issus de différentes directions de l’espace et avec des amplitudes locales maîtrisées, il est possible d’atteindre tout point de l’espace avec des intensités lumineuses soit inférieures au seuil, soit supérieures. Comme la polymérisation n’entraîne pas d’élargissement spatial notable (quelques nanomètres selon Corbel et André ), un traitement « simplifié » suffit en principe pour réaliser un objet avec ce procédé astucieux .
Relativement aux procédés...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ANDRÉ (J.C.), LE MÉHAUTÉ (A.), DE WITTE (O.) - Dispositif pour réaliser un modèle de pièce industrielle. - Brevet français, n° 84 11 241 (1984).
-
(2) - CORBEL (S.), ANDRÉ (J.C.) - Photo-stéréo-lithographie laser. - Polytechnica Ed. (1991).
-
(3) - GÖPPERT-MAYER (M.) - Historic Article – Elementary processes with two quantum transitions. - Annalen für Physik, (Berlin), 18, p. 466-479 (2009).
-
(4) - ADAMSON (A.W.) - Method and apparatus for generating 3 dimensional patterns. - US Patent 3609706 A (1968).
-
(5) - ADELMAN (A.H.), LEWIS (J.D.) - Method and apparatus for generating 3 dimensional patterns. - US Patent 3609707 A (1968).
-
(6) - McGINNISS (V.D.), SCHWERZEL (R.E.) - Photo-polymerizable...
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