Des élastomères recyclables et auto-réparables pour l’impression 3D

L’université Texas A&M et le Laboratoire de recherche de l’armée américaine ont travaillé ensemble à l’élaboration d’élastomères recyclables et auto-réparables pour le secteur de la fabrication additive. En ajustant la chimie d’un seul polymère, les chercheurs ont développé un matériau capable d’aller de l’ultra-souple à l’extrêmement rigide et d’adhérer naturellement les uns aux autres, que ce soit dans l’air ou dans l’eau. Les applications possibles pourraient être des plus intéressantes pour le secteur militaire – ce matériau pourrait servir à auto-réparer des composants d’avion par exemple, mais aussi pour en robotique.

Sur le marché de la fabrication additive, les développements concernant les matériaux sont de plus en plus nombreux, apportant de nouvelles propriétés et caractéristiques pour toutes les industries. L’objectif est de proposer des solutions plus résistantes, durables, légères et présentant des propriétés mécaniques et chimiques élevées. Certains acteurs se sont intéressés au niveau de rigidité et de souplesse de ces matériaux et aujourd’hui, plusieurs élastomères sont disponibles pour l’impression 3D. Ce sont des polymères composés de longues chaînes de motifs moléculaires réticulées, leur conférant ainsi une qualité caoutchouteuse. En augmentant le nombre de réticulations, on peut rendre les élastomères plus rigides ; toutefois, on les rend non-recycables. De plus, une inversion du processus de réticulation affecte grandement la résistance et la capacité de traitement du matériau.

Notre équipe de chercheurs a donc souhaité développer une alternative, une solution permettant d’avoir un élastomère recyclable, sur lequel on pourrait changer facilement le nombre de réticulations. Svetlana Sukhishvili, professeur au département de science et d’ingénierie des matériaux et auteur correspondant de l’étude, explique : “Les réticulations sont comme les points de couture sur un morceau de tissu, plus il y a de points de couture, plus le matériau devient rigide et vice versa. Au lieu que ces « points » soient permanents, nous voulions obtenir une réticulation dynamique et réversible afin de pouvoir créer des matériaux recyclables.” L’équipe serait donc parti d’un polymère parent appelé prépolymère sur lequel elle est venue fixée deux types de molécules de réticulation, le furane et le maléimide. En augmentant la quantité de celles-ci, les chercheurs ont pu concevoir des matériaux plus rigides. Ils affirment qu’ils ont réussi à augmenter par 1 000 fois la résistance d’un polymère.

Ce qui est particulièrement intéressant avec le furane et le maléimide est qu’ils participent à un type de liaison chimique réversible : les molécules pourraient ainsi, sous l’effet de la chaleur, changer leur état. Lorsque la température est élevée, les molécules pourraient se détacher des chaînes polymères entraînant ainsi un ramollissement du matériau. A l’inverse, à température ambiante, les matériaux durcissent car les molécules se recollent rapidement, formant à nouveau des liaisons transversales.

Svetlana Sukhishvili poursuit : “Nous avons créé un groupe de matériaux passionnants dont les propriétés peuvent être ajustées pour obtenir soit la souplesse du caoutchouc, soit la résistance des plastiques porteurs. Leurs autres caractéristiques souhaitables, comme l’imprimabilité 3D et la capacité à s’auto-réparer en quelques secondes, les rendent non seulement adaptés à des prothèses plus réalistes et à la robotique douce, mais aussi idéaux pour de larges applications militaires telles que les plates-formes agiles pour les véhicules aériens et les ailes d’avions futuristes auto-réparables.”

Les chercheurs ont réalisé plusieurs tests avec ces élastomères recyclables et les pièces imprimées en 3D sont satisfaisantes. Ils affirment que les différentes couches d’une pièce s’assemblent de façon homogène, évitant un recuit ou un traitement chimique. Les pièces imprimées en 3D pourraient donc facilement être fondues à haute température, puis recyclées comme encre d’impression. N’hésitez pas à aller sur le site de l’université pour en savoir plus et à voir la vidéo ci-dessous :

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