L’impression 3D de verre s’accélère grâce aux chercheurs du LLNL

Les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont mis au point une toute nouvelle technique pour imprimer en 3D du verre transparent, technique qui pourrait bien bouleverser le secteur de l’optique.

L’impression 3D de verre en est encore à ses débuts : on se souvient de l’entreprise israélienne Micron3DP qui avait mis au point une imprimante 3D à dépôt de matière fondue pour créer du verre d’une haute résolution et d’une taille maximale de 200x200x200 mm. D’autres acteurs se sont lancés dans la fabrication de verre grâce à une impression par stéréolithographie.

Les chercheurs du LLNL affirment que les procédés de FDM et stéréolithographie créent des structures poreuses ou irrégulières. Par conséquent, ils ont mis au point une gamme d’encres personnalisées pour fabriquer des objets en verre.

Ces encres ont été fabriquées à partir de suspensions concentrées de particules de verre. Leur débit est fortement régulé ce qui permet de les imprimer à température ambiante. Les chercheurs déclarent que les pièces imprimées en 3D avec ces encres peuvent être soumises à un traitement thermique pour les rendre plus denses et effacer toute trace du processus d’impression. Une fois cela terminé, les chercheurs peuvent procéder à un polissage d’une haute qualité pour rendre les pièces plus uniformes.

« Pour imprimer de l’optique de haute qualité, on ne doit voir aucune ligne, tout doit être parfaitement transparent, explique l’ingénieur de matériaux du LLNL, Du Nguyen. Nous avons pu mettre au point une formule pour que notre matériau puisse fondre pendant le processus d’impression. La plupart des entreprises qui ont réussi à imprimer du verre ont fait fondre le verre dans un premier temps, puis l’ont refroidi après, ce qui peut entraîner des contraintes résiduelles et une fissuration. Mais comme nous imprimons à température ambiante, ce n’est plus un problème. »

L’objet qui sort de l’imprimante 3D est d’abord opaque mais après une phase de séchage et un traitement thermique, il devient transparent.

Cette recherche pourrait permettre aux scientifiques d’imprimer en 3D du verre qui intègre différents indices de réfraction dans une seule optique plate. Habituellement, l’optique doit avoir une forme particulière pour que ces caractéristiques de réfraction soient atteintes. Cela signifie donc que la fabrication de lentilles serait moins coûteuse et plus rapide.

« Polir des lentilles complexes ou asphériques est un travail intense et assez difficile qui nécessite des compétences particulières, mais polir une surface plate est bien plus facile, déclare Nguyen. En contrôlant l’indice de réfraction des parties imprimées, on peut changer la courbure de la lumière ce qui permet d’obtenir une lentille qu’on peut polir à plat. »

L’équipe derrière cette recherche considère davantage cette technique d’impression 3D comme une méthode complémentaire pour créer des optiques plutôt qu’un remplaçant des techniques traditionnelles. Par exemple, on pourrait aussi imaginer que certains composants imprimés en 3D pourraient réduire la taille, le poids ou le coût des systèmes d’optique.

Les scientifiques veulent maintenant essayer l’impression 3D d’optique de haute qualité et de lentilles à gradient en faisant varier la composition du verre. Les scientifiques du LLNL essayeront également d’imprimer en 3D du verre pour des applications dans un autre secteur que l’optique comme des dispositifs microfluidiques en verre aux géométries complexes. Le verre est un effet un matériau privilégié en microfluidique grâce à sa transparence, sa résistance chimique, ses propriétés mécaniques et son potentiel en termes de chimie de surface. Toutefois, il est difficile de fabriquer et de graver des dispositifs microfluidiques en verre : l’impression 3D pourrait alors apporter une solution efficace pour pallier à ce problème.

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