Des chercheurs s’appuient sur un défaut d’impression 3D pour mieux contrôler le procédé de fabrication

Et si vous pouviez vous appuyer sur l’un des défauts de l’impression 3D pour en faire une force ? C’est là tout l’objectif d’une équipe de chercheurs de l’université américaine Johns Hopkins. Elle a en effet développé un nouveau système d’impression pour tirer profit de l’écart qui peut se créer entre les couches de matériau quand on utilise le dépôt de matière fondue. Baptisée VI3DP pour “voxel interface 3D printing”, la technique s’appuie sur 4 buses qui entoure la buse principale de l’imprimante à l’origine de l’extrusion du matériau. Le but est d’ajouter une fine pellicule d’un matériau différent pour contrôler ces fameux écarts. Le résultat ? Des impressions plus solides et de nouvelles applications pour les pièces créées. 

Si l’impression 3D offre de multiples avantages, elle présente aussi certains défis, notamment dans le processus de fabrication en tant que tel. Lorsqu’il s’agit d’extrusion de matière, les erreurs peuvent vite arriver : warping, phénomène de stringing, apparition de boursouflures ou de séparations entre les couches. Bref, il faut bien maîtriser les paramètres d’impression, la préparation du fichier est tout aussi importante. Car bien évidemment, une impression ratée demande davantage de ressources, que ce soit en termes de coûts mais aussi de temps. C’est pour pallier ce défi qu’une équipe de chercheurs a souhaité transformer l’un des défauts d’impression en une force. 

Vous avez peut-être déjà été confrontés à ce problème d’ailleurs. Il s’agit de l’apparition d’un écart entre les couches successives de filament déposé. L’adhérence entre ces dernières n’est pas suffisamment bonne, ce qui fragilise la pièce finale.

Jochen Mueller, professeur adjoint au département d’ingénierie civile et des systèmes de la Whiting School of Engineering, explique : “En impression 3D, les écarts sont connus pour créer des vulnérabilités. Le matériau imprimé adhère trop ou pas assez, ce qui entraîne des faiblesses structurelles. Cela ressemble à la façon dont les spaghettis se collent ensemble après la cuisson, mais se détachent facilement. Cela crée des défauts qui limitent la fonctionnalité des produits imprimés en 3D.” 

Concrètement, les chercheurs ont mis au point la technique VI3DP qui consiste à transformer une tête d’impression standard dotée d’une seule buse : ils viennent l’entourer de quatre autres buses. Alors que la principale va extraire le matériau couche par couche de façon classique, les autres servent à ajouter une fine pellicule de matière sur le dessus. Les deux matériaux étant différents, on peut contrôler la séparation qui peut exister entre chaque couche. En ajoutant de la matière là où il en manque, on vient logiquement consolider la pièce finale et éviter d’éventuelles cassures ou fragilités.

Mais cette technique va plus loin. En effet, les chercheurs de l’université Johns hopkins expliquent qu’ils pourraient ajouter des fonctionnalités aux pièces imaginées en ajoutant des matériaux aux propriétés spécifiques dans ces écarts. Ils parlent de caractéristiques électriques, mécaniques ou encore optiques. Daniel Ames, candidat au doctorat, ajoute :

L’ajout de propriétés mécaniques, optiques ou électriques est déjà possible à l’aide de certains procédés d’impression 3D, notamment l’extrusion et le jet de matière, mais ces procédés exigent que les propriétés soient ajoutées sous forme de voxels entiers, plutôt que de minces interfaces entourant les voxels, ce qui réduit considérablement le débit et la résolution. Notre méthode permet d’obtenir ces propriétés à une fraction de la taille du voxel, ce qui élargit la gamme et le type d’applications pour les matériaux souples.

On pourrait donc doter ces écarts de couche de propriétés physiques très intéressantes et donc produire des pièces avec des fonctions intégrées comme des dispositifs électromécaniques ou des circuits 3D. En tout cas, l’équipe semble dire que ce n’est que le début et qu’elle continuera de proposer des solutions innovantes pour la fabrication additive.  Pour en savoir plus sur ce travail de recherche, cliquez ICI.

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