Des chercheurs du MIT développent une imprimante 3D pour les matériaux durables

Dans le monde de la fabrication additive, les domaines d’application sont de plus en plus nombreux, entraînant une diversification croissante des imprimantes et des matériaux disponibles pour l’impression 3D. En réponse à la quête incessante de processus de production respectueux de l’environnement, plusieurs initiatives de recherche ont cherché à améliorer les matériaux existants pour l’impression 3D ou à en développer de nouveaux, tels qu’un métamatériau innovant pour la fabrication de composants aéronautiques et spatiaux, ou encore un matériau durable à base de nanocellulose pour l’impression 3D dans le secteur de la construction. Des équipes de chercheurs du Center for Bits and Atoms (CBA) du MIT, de l’Institut national américain des normes et technologies (NIST) et du Centre national de recherche scientifique en Grèce (Demokritos) ont collaboré pour mettre au point une imprimante 3D. Cette dernière est capable de définir de manière autonome les paramètres d’impression pour des matériaux inconnus. Cette avancée est cruciale, car elle facilite l’utilisation de matériaux renouvelables et recyclables, dont les propriétés sont diverses et difficiles à caractériser. En permettant une utilisation plus efficace et adaptative des matériaux, cette imprimante 3D ouvre la voie à une fabrication additive plus durable, offrant ainsi un potentiel pour répondre aux enjeux environnementaux actuels.

Bien que l’impression 3D soit de plus en plus populaire, les fabricants rencontrent souvent des difficultés pour recycler les plastiques utilisés. L’introduction de nouveaux matériaux durables est également un défi car les paramètres d’impression doivent être ajustés individuellement pour chaque matériau – un processus complexe qui est souvent effectué manuellement. En effet, lors de l’impression avec un nouveau matériau, jusqu’à 100 paramètres doivent être réglés manuellement dans le logiciel de l’imprimante 3D pour garantir une extrusion correcte du matériau. Bien que des paramètres établis existent déjà pour des matériaux standardisés, ceux-ci ont été déterminés après de longues séries de tests. Cependant, le principal défi avec les matériaux renouvelables et recyclables réside dans leur variabilité, rendant quasiment impossible la standardisation des paramètres.  Ainsi, les utilisateurs se retrouvent contraints de configurer les paramètres pour chaque matériau individuellement.

crédits photo : MIT

L’imprimante 3D développée par les chercheurs

Afin de résoudre cette problématique, des chercheurs ont mis au point une imprimante 3D dotée de la capacité unique de déterminer automatiquement les paramètres nécessaires pour l’impression de matériaux inconnus. Pour ce faire, ils ont adapté l’extrudeur de l’imprimante afin qu’elle puisse mesurer les forces et le flux du matériau tout au long du processus d’impression. Les données collectées lors d’un test de 20 minutes sont ensuite analysées à l’aide de modèles mathématiques, permettant ainsi de générer automatiquement les paramètres d’impression. Ces paramètres peuvent ensuite être transférés vers le logiciel d’impression 3D, facilitant ainsi l’utilisation du matériau inconnu lors de l’impression. En effet, cette méthode permet de remplacer environ la moitié des paramètres qui auraient normalement dû être configurés manuellement. Lors de tests d’impression impliquant divers matériaux, y compris des matériaux renouvelables, des résultats positifs ont toujours été obtenus, démontrant ainsi l’efficacité de cette approche novatrice.

Cette avancée pourrait contribuer à réduire l’impact environnemental de la fabrication additive, qui repose généralement sur des polymères et des résines non recyclables fabriqués à partir de combustibles fossiles. Neil Gershenfeld, directeur du CBA, souligne l’importance de ces travaux pour l’avenir de l’impression 3D. En collaboration avec ses co-auteurs, parmi lesquels figurent l’étudiant diplômé Jake Read, l’ingénieur chimiste Jonathan Seppala, Filippos Tourlomousis, ainsi que James Warren et Nicole Bakker, la recherche a été publiée dans la revue Integrating Materials and Manufacturing Innovation. L’intégration de cette génération automatisée de paramètres dans les logiciels d’impression 3D pourrait simplifier davantage l’impression avec de nouveaux matériaux. Les développements futurs visent à intégrer des modèles thermodynamiques pour améliorer encore la précision et l’adaptabilité des paramètres. Vous pouvez trouver plus d’informations dans le rapport du MIT ICI. 

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*Crédits photo de couverture : Pixabay