Des chercheurs du MIT développent une technique d’impression 3D pour des objets aux couleurs et textures variées

La technologie de l’impression multi-matériaux a déjà fait l’objet de discussions chez 3Dnatives. Ce procédé permet de fabriquer des objets en 3D en utilisant plusieurs matériaux au cours d’une seule impression continue. Il ouvre la voie à la création de dispositifs sur mesure, aux couleurs et textures variées. Cependant, cette méthode présente certaines contraintes. Le processus peut s’avérer lent et coûteux, car les imprimantes 3D actuelles doivent souvent alterner entre différentes buses, retirant un matériau avant d’en appliquer un autre.

En réponse à cette problématique, des chercheurs du MIT et de l’Université technique de Delft aux Pays-Bas ont mis au point une méthode plus performante, offrant à la fois une meilleure précision et une réduction du gaspillage. Cette technique utilise des matériaux réactifs à la chaleur, permettant d’imprimer des objets avec différentes couleurs, teintes et textures en une seule phase d’impression.

Une nouvelle approche pour personnaliser textures et couleurs

Les chercheurs ont baptisé leur méthode « speed-modulated ironing ». Cette methode peut être utilisée pour l’impression 3D FDM et fait appel à une imprimante 3D équipée de deux buses. La première dépose un filament réactif à la chaleur, tandis que la seconde passe ensuite sur le matériau imprimé pour déclencher divers effets, tels que des modifications d’opacité ou de texture, grâce à une application ciblée de chaleur. En ajustant la vitesse de cette deuxième buse, ils parviennent à moduler la température de manière précise, influençant ainsi la couleur, les nuances et la rugosité du filament.

Cette méthode ouvre la voie à la création d’effets visuels artistiques en variant les couleurs des objets imprimés, tout en permettant de fabriquer des surfaces texturées. « Actuellement, des imprimantes de bureau sont capables d’utiliser habilement plusieurs encres pour produire une variété de nuances et de textures. Notre objectif est d’appliquer ce concept à l’impression 3D, en utilisant un nombre restreint de matériaux pour obtenir une gamme de caractéristiques bien plus variée pour les objets imprimés », précise explique Mustafa Doga Dogan, co-auteur d’un article sur la méthode « speed-modulated ironing ».

Une nouvelle technique d’impression pour contrôler la chaleur

Bien que l’utilisation de filaments thermosensibles soit prometteuse, la plupart des techniques actuelles se basent sur une seule buse pour réaliser à la fois l’impression et le chauffage. Dans ce système, l’imprimante 3D doit d’abord porter la buse à la température souhaitée avant de commencer à déposer le matériau. Ce processus de chauffage et de refroidissement est chronophage et comporte le risque de dégradation du filament lorsque les températures sont trop élevées. Pour surmonter ces difficultés, l’approche de l’équipe consiste à imprimer avec une première buse, puis à activer une seconde buse vide dont le seul rôle est de fournir de la chaleur.

Au lieu de devoir ajuster la température pour activer la réaction du matériau, cette méthode permet de maintenir une température constante sur la deuxième buse tout en variant sa vitesse de déplacement sur le matériau déjà imprimé. En modulant cette vitesse, il est possible d’atteindre différentes températures au niveau de la couche imprimée. « C’est un peu comme passer votre doigt au-dessus d’une flamme. Si vous le déplacez rapidement, vous évitez de vous brûler, mais si vous le faites glisser lentement, votre doigt atteindra une température plus élevée », explique Marwa AlAlwi, chercheuse au MIT. Le modèle relie la température d’un matériau à sa réaction à la chaleur afin de déterminer la vitesse idéale de la buse pour obtenir des couleurs, des nuances ou des textures spécifiques pour chaque objet imprimé. « De nombreux facteurs peuvent influencer les résultats obtenus. Nous modélisons quelque chose de très compliqué, mais nous voulons également nous assurer que les résultats sont précis », précise AlAlawi.

Une fabrication plus rapide que les méthodes traditionnelles

Les chercheurs ont évalué leur méthode en utilisant trois types de filaments réactifs à la chaleur. Le premier est un polymère moussant dont les particules se dilatent à la chaleur, permettant de créer diverses nuances, transparences et textures. Ils ont aussi testé un filament contenant des fibres de bois et un autre avec des fibres de liège, qui peuvent tous deux être carbonisés pour obtenir des teintes plus sombres. Les chercheurs ont démontré que leur technique permet de fabriquer des objets tels que des bouteilles d’eau partiellement translucides. En prenant cet exemple, ils ont utilisé le polymère moussant à basse vitesse pour créer des zones opaques et à vitesse élevée pour obtenir des zones translucides. Créer des objets similaires avec les méthodes d’impression 3D multi-matériaux classiques demande beaucoup plus de temps, parfois même plusieurs heures, tout en utilisant davantage d’énergie et de matériaux.

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*Crédits de toutes les photos : MIT