Comment intégrer directement un liquide au matériau d’impression 3D ?

A l’université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU), en Allemagne, une équipe de chimistes a mis au point une méthode permettant d’incorporer un liquide directement dans un matériau utilisé pour l’impression 3D. En combinant l’extrusion de matière et le jet d’encre employé dans les imprimantes 2D classiques, les chercheurs seraient capables de doser très précisément la quantité de liquide contenu dans une pièce imprimée en 3D. Des travaux de recherche qui pourraient avoir un impact considérable dans l’industrie pharmaceutique pour mieux maîtriser les agents médicaux actifs présents dans un médicament.

Si les procédés de fabrication additive sont aujourd’hui nombreux, permettant de concevoir des pièces avec toutes sortes de matériaux, ils permettent généralement de solidifier une matière ou de la liquéfier via une source de chaleur. Ajouter un liquide à une pièce imprimée en 3D se fait souvent une fois le processus d’impression terminé ce qui vient allonger la fabrication et gonfler son coût. Il n’est donc pas évident que la fabrication additive soit dans ce cas-là préférée à une autre méthode de conception. Pourtant deux chimistes de la MLU s’y sont penchés, travaillant sur de petits volumes dans un premier temps. Le professeur Wolfgang Binder, l’un des chercheurs, explique : “L’avenir réside dans des méthodes plus complexes qui combinent plusieurs étapes de production. C’est pourquoi nous cherchions un moyen d’intégrer des liquides directement dans le matériau pendant le processus d’impression.”

Les chercheurs veulent développer une méthode qui combine plusieurs étapes de production

C’est le dépôt de matière fondue qui a été utilisé par nos chercheurs. Ces derniers viennent créer une base polymère solide sur laquelle ils ajoutent une grille composée de plastique qui s’entrecroise : imaginez la structure d’une gaufre. Puis, la tête à jet d’encre vient déposer le liquide en question, goutte par goutte, dans chaque petit trou de cette gaufre. La tête d’extrusion reprend ensuite son travail en appliquant du plastique fondu sur chaque trou, scellant ainsi le liquide à l’intérieur. 

Les chercheurs affirment qu’ils ont réalisé un premier test avec un polymère biodégradable (peut-être du PLA ?), rempli d’une substance liquide active. Une fois l’impression terminée, le liquide aurait conservé toutes ses propriétés, malgré la chaleur dégagée par l’extrudeur. Cela suggère que ce système pourrait être utilisé pour fabriquer des gélules qui libèrent lentement des médicaments dans l’organisme. Le professeur Binder ajoute : « Nous avons pu prouver que la substance active n’était pas affectée par le processus d’impression et qu’elle restait active. Dans l’industrie pharmaceutique, ces matériaux sont utilisés comme dépôts de médicaments qui peuvent être lentement décomposés par l’organisme. Ils peuvent être utilisés après des opérations, par exemple pour prévenir les inflammations. Ce nouveau procédé pourrait faciliter leur production. »

L’ajout du liquide dans le matériau 3D se fait via une tête d’injection dédiée

Un deuxième test a été mené avec un liquide plus volumineux, l’objectif étant cette fois-ci de repérer plus facilement les éventuels défauts d’une pièce imprimée en 3D. En effet, le liquide intégré dans le plastique viendra s’écouler là où la pièce est endommagée, indiquant l’endroit précis où il faudra concentrer ses efforts. Le professeur Binder justifie ce développement : « Vous pourriez imprimer quelque chose comme cela dans une petite partie d’un produit qui est exposé à des niveaux de stress particulièrement élevés, comme dans l’automobile ou l’aéronautique. Les dommages causés aux matières plastiques ont jusqu’à présent été difficiles à détecter, contrairement aux dommages causés aux métaux, où les rayons X peuvent exposer des micro-fissures. Cette nouvelle approche pourrait donc accroître la sécurité. »

Pour l’instant, les chercheurs ne peuvent travailler que sur des petits volumes, limitées par le matériel à disposition dans leur laboratoire. On pourrait toutefois imaginer des quantités industrielles en déplaçant la production. Vous pouvez retrouver davantage d’informations ICI. Que pensez-vous de cette méthode d’intégration d’un liquide directement dans un matériau 3D ? Partagez votre avis dans les commentaires de l’article ou avec les membres du forum 3Dnatives. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou Twitter !

*Crédits photo de couverture : Harald Rupp