Une méthode d’impression 3D pour créer des fibres souples de quelques microns
La nature n’aura de cesse de nous surprendre. Elle est d’ailleurs une grande source d’inspiration pour le marché de la fabrication additive comme en témoigne une récente étude publiée par l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign. Celle-ci met en avant une nouvelle méthode d’impression 3D, baptisée 3DXP, capable de concevoir des fibres ultra fines à l’échelle, d’un diamètre de 1,5 micron seulement. Elle s’appuie sur l’utilisation d’un gel de support à la rhéologie fluide viscoplastique pour pouvoir imprimer des structures fibreuses très complexes. La buse de l’imprimante 3D est capable de se déplacer dans ce gel, s’affranchissant alors des contraintes gravitationnelles posées par ce type de fibres extrêmement fines. L’équipe derrière cette nouvelle approche de l’impression 3D espère que celle-ci pourra permettre le développement d’applications dans le secteur de la robotique, de la médecine et des matériaux.
Qui n’a jamais été fasciné par la résistance d’une toile d’araignée, la fonction protectrice d’une coquille d’œuf ou encore la force de la soie qui permet à certains insectes de capturer leurs proies ? Quand on y pense, ces structures sont impressionnantes et sont une source d’enseignement inépuisable. Ce n’est pas pour rien que la fabrication additive et le biomimétisme sont régulièrement combinés pour offrir de nouvelles applications. Et cette fois-ci, l’objectif est de trouver une solution pour reproduire ces fibres fines à l’échelle. Toutefois, reproduire les propriétés de ces réseaux dans une forme 3D est extrêmement complexe.
Différentes formes imprimées en 3D via la méthode 3DXP
Les chercheurs ont développé une méthode qu’ils ont appelée “impression 3D intégrée par échange de solvants” (3DXP). L’une des problématiques quand on veut imprimer des matériaux aussi souples et des structures aussi fines, c’est que ces derniers n’ont pas la rigidité de flexion suffisante pour supporter leur propre poids. Les chercheurs ont donc opté pour une impression dans un bac de gel qui agit comme un support d’impression. Ils expliquent : “Pour obtenir des filaments d’un diamètre inférieur à 1,5 µm, nous avons modifié la rhéologie de la limite d’élasticité du gel de soutien et les compositions du polymère, du solvant et du non-solvant, qui jouent tous un rôle essentiel dans le processus.”
Plusieurs tests ont été réalisés afin de prouver tout le potentiel de cette technique. Ces derniers ont montré qu’il était possible de concevoir des fibres de 1,5 micron grâce à l’utilisation d’une buse de 5 microns. Différents matériaux ont été employés comme des élastomères mais aussi du PVC et du polystyrène. Les chercheurs pensent que cette méthode pourrait avoir un impact dans le secteur médical par exemple pour administrer des médicaments ou concevoir des dispositifs microfluidiques ultra précis ; dans le secteur électronique ou encore dans la conception de capteurs.
Il reste encore quelques obstacles à surmonter pour que cette méthode soit plus largement employée comme l’obtention d’une meilleure stabilité ou encore des perfectionnements concernant la formulation des matériaux. Mais les premiers résultats sont encourageants et montre à quel point la fabrication additive peut atteindre des niveaux de finesse très petits. Si vous souhaitez en savoir plus sur cette étude, cliquez ICI.
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*Crédits photo de couverture : Tanver Hossain