Des chercheurs développent un procédé d’impression 3D de latex

Le latex est un matériau très largement utilisé et ce dans différentes industries, réputé notamment pour sa très grande flexibilité. D’origine naturelle, il est composé de polymères enroulés à l’intérieur de nanoparticules dispersées dans l’eau. Bien qu’il soit très populaire, on en parle très peu sur le marché de la fabrication additive car des caractéristiques particulières sont nécessaires pour pouvoir l’imprimer. Et pourtant, un groupe de chercheurs de la Virginia Tech University (VTU), en collaboration avec l’équipe de Michelin Amérique du Nord, a mis au point une nouvelle méthode d’impression 3D de latex, ouvrant la voie à l’impression 3D de matériaux plus élastiques.

Phil Scott, étudiant en cinquième année du Long Research Group et membre de l’équipe de recherche, essayait depuis un certain temps de synthétiser le latex pour obtenir le poids moléculaire et les propriétés mécaniques souhaités pour l’impression 3D. En utilisant du latex liquide, il s’était retrouvé avec un matériau extrêmement fragile et difficile à modifier chimiquement.

Les chimistes et ingénieurs du groupe de recherche du projet (crédits photo : VTU)

Viswanath Meenakshisundaram, doctorant en génie mécanique qui a travaillé sur ce projet, explique : « Le latex est dans un état zen. Si vous y ajoutez quelque chose, il perdra complètement sa stabilité et se brisera. » Pour résoudre ce problème, l’équipe de l’UTV a utilisé des photo-initiateurs hydrosolubles pour créer un échafaudage entourant les particules de latex pour les maintenir en place et leur permettre de fusionner ensemble. Cette technique a été couronnée de succès et a donné naissance à une variante en latex qui peut être utilisée dans des techniques de stéréolithographie montrant une meilleure cohésion.

La technique d’impression 3D de latex

En modifiant chimiquement le latex pour le rendre imprimable, il fallait maintenant travailler à la mise au point d’une imprimante 3D capable de fabriquer avec ce nouveau matériau. Meenakshisundaram s’est attelé à la tâche et a développé une machine SLA pour photopolymériser la nouvelle résine. Mais même avec cette imprimante personnalisée, les particules fluides du latex ont provoqué une dispersion en dehors de la lumière UV projetée sur la surface de la résine de latex, ce qui a entraîné l’impression de pièces imprécises. L’équipe a donc dû mettre au point une amélioration de la machine : ils ont inséré une caméra dans l’imprimante pour obtenir une image de chaque cuve de résine de latex. Grâce à son algorithme personnalisé, la machine peut « voir » l’interaction de la lumière ultraviolette sur la surface de la résine, puis ajuster automatiquement les paramètres d’impression pour corriger la dispersion de la résine et ne durcir que la forme souhaitée.

Meenakshisundaram et Scott ont découvert que leurs pièces finales en latex imprimées en 3D présentaient de fortes propriétés mécaniques dans une matrice connue sous le nom de réseau de polymères semi-interpénétrants. Ce réseau c’est un peu comme un filet pour attraper des poissons : « L’échafaudage donne forme du latex. Une fois que vous le mettez dans le four, l’eau s’évapore et les chaînes de polymères étroitement enroulées peuvent se détendre, s’étaler ou s’écouler et interpénétrer le filet« , explique Meenakshisundaram.

Le procédé de stéréolithographie pour l’impression 3D de latex (crédits photo : VTU)

Pour tester le matériau, l’équipe du VTU a imprimé en 3D une série d’objets en latex photodurcissable. Les échantillons résultants ont été obtenus de manière très détaillée et ont montré une résistance considérablement améliorée par rapport aux matériaux en latex existants, présentant des allongements supérieurs à 500 %, avec une résistance à la rupture moyenne de 9,7 MPa.

Les deux enseignants qui ont également collaboré au projet ont mentionné que l’impression 3D du latex ouvre la porte à l’impression d’une gamme sans précédent de matériaux en 3D : « Ces travaux élargissent les possibilités d’impression d’élastomères aux caractéristiques complexes qui présentent des extensibilités supérieures à 500%, soit près de 200% de plus que les principaux élastomères commerciaux », ont conclu les chercheurs de la VTU. Vous trouverez plus d’informations sur le projet sur le site officiel de l’université ICI.

Crédits photo de couverture : VTU

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