A la découverte des matériaux d’impression 3D : Céramiques et matériaux organiques

Voici notre quatrième volet sur les matériaux utilisés dans l’impression 3D : les céramiques, le sable, les  matériaux organiques, le marbre, la pierre, le bois…

CÉRAMIQUES

Présent dans les applications médicales, sanitaires ou industrielles et étant le matériau phare des arts de la table (cuisine et déco), la céramique est de plus en plus utilisée dans l’impression 3D.

Les objets céramiques peuvent être imprimés avec la technique du frittage sélectif par laser (SLS) à partir d’une poudre sèche préalablement comprimée, ou par solidification du matériau en état liquide, processus ressemblant à la technique FDM avec une tête d’impression modifiée.

Voici une vidéo qui montre l’impression 3D d’un vase en porcelaine (Source: Unfold).

Sur le marché on trouve plusieurs offres de chez EOS pour la fabrication de moules: Le Ceramics 5.2, un sable de silicate et d’aluminium très résistant à la chaleur; le Quartz 4.2 et le Quartz 5.7, des sables de quartz enduits de résine phénoliques permettant d’imprimer des formes complexes.

Fun Fact: Un groupe de chercheurs de l’Institute for Advanced Architecture of Catalonia (IAAC) à Barcelone travaille sur le projet FabClay qui explore les nouveaux processus de fabrication digital. Des bons résultats ont été obtenus avec l’adaptation d’un robot ‘Kuka’ pour l’impression 3D en céramique :

SABLE

Le sable est utilisé principalement pour la fabrication des moules de fonderie mais il peut être aussi très utile dans le domaine de l’architecture quand il est combiné avec d’autres matériaux, comme on verra par la suite. Ce matériau a été imprimé la première fois en 1999 par l’entreprise ExOne qui propose aujourd’hui la plus grande imprimante de sable du marché, la S-Max,  capable d’imprimer des pièces d’une taille  maximum de 1800 x 1000 x 700 mm.

Voici une vidéo pour comprendre le fonctionnement de l’imprimante 3D:

Une autre machine a été mis au point par un groupe de chercheurs de l’Institute for Advanced Architecture of Catalonia (IAAC) avec le projet Stone Spray marchant avec de l’énergie solaire et avec du sable de plage mixé avec un liant.

Voici les images de quelques résultats obtenus avec la machine  :

Sand Wall: 500 mm x 150 mm x 400 mm.
Cet expérimente montre que l’impression en sable peut être utilisée à échelle architecturale.

BÉTON

Le même principe d’impression des céramiques peut être utilisé pour imprimer du béton ou n’importe quel autre matériau composite fabriqué à partir d’une pâte humide. Le MIT Media Lab a développé une machine d’impression 3D de grandes pièces de polyuréthane où le béton est coulé, ce qui permet la fabrication de portes, fenêtres, murs de construction, etc…

Une autre technologie pour l’impression de bâtiments entiers en béton artificiel a été mis au point en italie par Enrico Dini, fondateur de D-Shape. Cette machine a été inspiré par la technique de Stéréolithographie (SLA), mais cette fois ci elle utilise du sable et les rayons UV sont remplacés par un liant inorganique qui, en plus, donne au matériau les propriétés du marbre. Ce projet promet de changer la façon dont on conçoit l’architecture !

Fun Fact: La D-Shape sera intégré dans les recherches de l’Agence spatiale européenne pour la conception d’une imprimante d’une station spatiale lunaire sur place !!!

MARBRE

Le marbre vient d’être mis sur la liste des matériaux que l’on peut imprimer en 3D grâce à la société MarbleEcoDesign. Toute l’information ici.

BOIS ET PIERRE

Conçus afin d’être utilisés avec des imprimantes 3D qui fonctionnent sur le principe de dépôt de matière fondue (FDM), ces matériaux sont disponible sous forme de filaments. Celui du bois (LayWood) est composé de bois recyclé et d’un liant inorganique à base des polymères, et le filament de pierre (LayBrick) est composé à base de minéraux ressemblant à la poudre de craie. Mais le plus innovant réside sans le fait que les objet ont le look (avec différents effets) et l’odeur du bois et, dans le cas de la pierre, on peut obtenir tant des surfaces lises comme rugueuses, tout en variant la température d’extrusion.

LES MATÉRIAUX ORGANIQUES

Tissus biologiques

Impression du tissu organique chez Organovo

Aujourd’hui, il est désormais possible de parler d’impression 3D de tissus humain fabriqués à partir d’une structure en gel sur laquelle les cellules vivantes sont injectées pour commencer la construction du tissu biologique. La limite de cette technique est l’alimentation constante en sang pour permettre aux  cellules de rester vivantes lors de l’impression. C’est  un domaine en plein recherche et développement.

La société pionnière dans cette technologie est Organovo avec l’imprimante NovoGen MMX BioPrinter, mais il y a aussi d’autres entreprises comme EnvisionTEC et différentes universités qui ont des modèles de machines pour répondre à cette nouvelle tendance, très importante dans l’avenir des transplantations et du domaine pharmaceutique en général.

Cires

Principalement utilisés pour le moulage en fonderie tant pour des pièces mécaniques, des pièces d’art, dans l’odontologie que pour la fabrication des bijoux. Plusieurs types de cire sont disponibles sur le marché : La société 3D Systems propose le VisiJet Prowax, le Visijet Hi-Cast et le VisiJet Dentcast Dental Wax-up pour les imprimantes 3D ProJet 3500 et Projet 5000 qui fonctionnent sur la technologie MultiJet.  Par sa part, Solidscape,  de chez Stratasys, commercialise le 3Z Model, le 3Z Lab Cast, le plusCast et l’Indura Cast, pour la gamme d’imprimantes 3Z (Max, Lab, Studio, Pro) qui utilisent une technique similaire à celle de MultiJet. Enfin, on trouve aussi des solutions en machines et en matériaux chez EnvisionTec et chez Objet (technologie Polyjet).

Une vidéo pour comprendre le procédé MultiJet de 3D Systems (en anglais):

Matières alimentaires

Impression 3D de chocolat avec la Choc Creator V1

Toujours en cours de développement,  le chocolat, le fromage et du glaçage, font partie des matières alimentaires qui peuvent être imprimées. Le principe d’impression est celui du dépôt de matière fondue ou FDM, avec une seringue au lieu d’une tête d’extrusion conventionnelle. Les aliments ne sont pas synthétisés lors de l’impression, les machines servant seulement à la création de décors complexes.

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Vous pouvez retrouver nos autres dossiers sur les matériaux d’impression 3D :

• Les métaux utilisés dans l’impression 3D
• Les plastiques utilisés dans l’impression 3D
• Les nylons utilisés dans l’impression 3D

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Image de couverture – Source: Organovo.