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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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6. Vers un cinéma 3D ? Des stockages de données ? Voir autrement la 3D volumique ?
Au lieu de réaliser un objet physique, Patel, Cao et Lippert ont proposé de produire des molécules fluorescentes instables dont l’émission est observée par l’œil d’un spectateur. On n’en est pas encore à la télévision ou au cinéma couleurs 3D, mais on s’en approche. Cette démarche, encore au stade de la preuve de concept, peut être intéressante (avec la question de la tenue dans le temps des matériaux organiques impliqués et des coûts en matériels).
De son côté, Microsoft, cité par De Angelis , travaillerait sur l’information 3D dans des matériaux comme des verres. Avec un laser femtoseconde qui encode les données dans le matériau transparent, il est possible de créer des couches d'indentations et des déformations tridimensionnelles, à différents angles et profondeurs, à l'échelle nanométrique. Des algorithmes de machine learning peuvent ensuite lire les données en décodant les images et motifs créés lorsque de la lumière polarisée passe à travers le verre.
Cet espace de créativité sortant d’une vision limitée à la production 3D d’objets devrait susciter l’attention soutenue des scientifiques du domaine car utilisant des compétences de bases issues de la 3D, mais avec des potentiels applicatifs originaux dans des domaines fortement demandeurs d’innovations.
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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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