Des chercheurs impriment en 3D des tissus structurés capables de supporter 50 fois leur poids

Une équipe de scientifiques de l’université technologique de Nanyang (Singapour) et de l’institut de technologie de Caltech en Californie ont développé une structure imprimée en 3D capable de supporter 50 fois son propre poids. Inspirée de la cotte de mailles, elle pourrait se raidir sur demande et ainsi augmenter par 25 fois sa rigidité. Les chercheurs ont d’abord conçu cette structure à partir de nylon puis ont réalisé la même expérience avec de l’aluminium. Les résultats sont prometteurs et montrent que ce type de pièce pourrait  être utilisée pour renforcer des exosquelettes par exemple, dans des gilets pare-balles ou toute application où il y a des risques d’impacts forts. 

La cotte de mailles est une armure qui existe depuis des milliers d’années ; composée de nombreuses mailles reliées entre elles, elle offre une protection à son porteur tout en gardant une certaine souplesse. C’est l’idée qu’ont voulu reproduire cette équipe de chercheurs : l’objectif était de concevoir une structure légère capable de changer de forme et de propriétés sous l’effet d’un facteur déterminé, à l’image de ces développements réalisés en impression 4D. Ils ont donc imaginé une structure composée de plusieurs mailles qui, une fois placée sous vide dans un sac plastique, se raidit et offre une rigidité élevée. Chiara Daraio, titulaire de la chaire G. Bradford Jones d’ingénierie mécanique et de physique appliquée à Caltech, ajoute : “Nous voulions fabriquer des matériaux capables de changer de rigidité sur commande. Nous aimerions créer un tissu qui passe de souple et pliable à rigide et porteur d’une manière contrôlable.” 

Fabrication et applications de la structure

L’équipe explique qu’elle a misé sur le nylon pour imprimer en 3D ces tissus structurés. Ces derniers sont composés de plusieurs octaèdres, des formes dotées de huit faces triangulaires. Ils viennent s’imbriquer les uns aux autres, créant ainsi ces creux et cette souplesse. En plaçant cette structure imprimée en 3D dans un plastique sous vide, la souplesse se transforme en dureté et rigidité. Afin de tester les nouvelles propriétés du tissu, les chercheurs auraient lâché une bille en acier de 30 grammes sur la structure, à une vitesse de trois mètres par seconde. Une déformation de 3 mm a été observée, contre 26 mm lorsque le tissu était souple. L’équipe affirme qu’il pourrait supporter une charge totale de 1,5 kilos ce qui est 50 fois plus que son propre poids.

La fabrication d’un tel tissu pourrait répondre à divers besoins, notamment lorsqu’il s’agit d’obtenir davantage de renfort. Wang Yifan,  professeur adjoint à l’école d’ingénierie mécanique et aérospatiale de NTU, explique : « Avec un tissu d’ingénierie léger et ajustable – facilement modifiable de souple à rigide – nous pouvons l’utiliser pour répondre aux besoins des patients et de la population vieillissante, par exemple pour créer des exosquelettes qui peuvent les aider à se tenir debout, à porter des charges et à les assister dans leurs tâches quotidiennes. »

Du nylon à l’aluminium

Les chercheurs sont allés plus loin dans leur réflexion et ont testé la même expérience mais avec de l’aluminium. L’objectif est de concevoir une structure encore plus résistante. L’équipe affirme que les résultats obtenus sont très encourageants, la structure réagissant de la même façon que celle imprimée en nylon. Wang Yifan conclut : « Pour augmenter encore la rigidité et la résistance du matériau, nous travaillons maintenant sur des tissus fabriqués à partir de divers métaux, dont l’aluminium, qui pourraient être utilisés pour des applications industrielles à plus grande échelle nécessitant une plus grande capacité de charge, comme des ponts ou des bâtiments. »

Ces travaux de recherche pourraient donc impacter de nombreux secteurs d’activité et affichent clairement tout le potentiel de la fabrication additive. Vous pouvez retrouver l’ensemble de l’étude ICI et plus d’informations dans la vidéo ci-dessous :

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