Des chercheurs donnent de la couleur à l’impression 3D SLS

A l’université de Duisberg-Essen en Allemagne, une équipe de scientifiques a développé une méthode d’impression 3D laser couleur de bureau, capable de traiter des poudres polymères de plusieurs couleurs, élargissant ainsi le champ des applications possibles. L’équipe affirme être la première à avoir imaginé une telle imprimante 3D de bureau – si l’impression 3D couleur est aujourd’hui possible, elle est souvent réalisée à partir de machines FDM ou de solutions industrielles reposant sur le jet de matières. Pour ce faire, les chercheurs auraient utilisé des diodes laser et enrobé la poudre polymère avec des nanoparticules d’argent, d’or, etc. en fonction de la couleur souhaitée. 

Le matériau est une composante clé dans le processus de fabrication additive, conférant à la pièce finale ses propriétés mécaniques, chimiques et esthétiques. Le marché a d’ailleurs vu ces dernières années de véritables innovations concernant le développement des matériaux d’impression 3D : explosion des matériaux hautes performances, arrivée des composites, etc. Or, la fabrication additive s’industrialisant de plus en plus, il est nécessaire pour les utilisateurs d’avoir un matériau viable, qui puisse offrir de véritables performances et ce, même dans une production en série. C’est d’ailleurs pour cela que de plus en plus se tournent vers des procédés sur lit de poudre. Or, quand il s’agit de polymères, il est difficile de trouver différents types de poudres. Les chercheurs expliquent : “Dans le domaine de la fusion laser sur  lit de poudre polymère, 90% des polymères actuellement utilisés sont des poudres de polyamide. Il y a donc un grand effort pour développer de nouveaux matériaux transformables pour cette méthode particulière. Cependant, les nouvelles poudres appropriées sont introduites sur le marché très lentement, et elles doivent souvent lutter pour correspondre aux normes de qualité industrielles, telles qu’une fluidité suffisante, une absorption optique et des caractéristiques de fusion et de resolidification.”

L’impression 3D SLS couleur grâce à des diodes laser et nanoparticules

Les poudres polyamides présentent aujourd’hui une faible absorption dans le visible et proche infrarouge, justifiant ainsi l’utilisation d’un puissant laser au dioxyde de carbone pour pouvoir être chauffées et fondues. Un besoin qui entraîne un certain nombre de complications pendant le procédé d’impression. L’équipe de chercheurs allemands a cherché à montrer justement que l’utilisation de lasers à diode pourrait simplifier le processus. Ils expliquent :  “Les sensibilisateurs photothermiques à base de carbone, tels que le noir de carbone, le graphène ou les nanotubes de carbone, peuvent surmonter ce problème et entraîner une forte absorption dans le spectre visible et proche infrarouge, ce qui rend possible le frittage des lasers à diodes, mais fait également que les pièces finales ont une couleur noire. Ainsi, les pièces ne peuvent être colorées qu’en post-traitement, ce qui constitue un inconvénient par rapport à l’extrusion de matériaux ou au jet de liant, qui peuvent tous deux fonctionner avec des couleurs différentes dans le processus d’impression 3D.” Ils auraient donc développé une méthode pour ajouter de la couleur directement à la poudre polyamide à partir d’un sensibilisateur photothermique de taille nanométrique. 

Les scientifiques auraient enrobé les grains de la poudre avec des nanoparticules d’argent. Le mélange entre le métal et la couleur blanche de la poudre a permis d’obtenir une couleur jaune. Or, le jaune ne réfléchissant pas la lumière comme le blanc, il est possible d’utiliser dans ces cas là des diodes laser dans le procédé d’impression. Le Dr Bilal Gökce, membre du département de chimie technique de l’université de Duisberg-Essen, ajoute : “Comme les nanoparticules reposent fermement sur la surface des grains de poudre et ne sont pas seulement mélangées, même une pincée d’entre elles donne une couleur homogène. Il n’y a pas de limites aux couleurs dans ce processus. Vous pouvez aussi obtenir d’autres caractéristiques des nanoparticules, telles que l’effet anti-bactérien de l’argent ou les propriétés magnétiques de l’oxyde de fer.”

Cette méthode n’en est qu’à ses débuts et la machine développée n’a pour l’instant pas vocation à être commercialisée. C’est toutefois un début prometteur pour le marché de la fabrication additive qui pourra compter sur davantage de matériaux et propriétés. Vous pouvez retrouver l’ensemble de l’étude ICI.

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