Growth Printing, une méthode de fabrication sans imprimante 3D : rapide et abordable ?
Au Beckman Institute for Advanced Science and Technology, une équipe de chercheurs a développé un nouveau procédé d’impression 3D qu’ils ont baptisé “Growth Printing”. Ils se sont largement inspirés de la nature et plus spécifiquement de la façon dont poussent les arbres. Cette approche, appelée biomimétisme, n’est pas nouvelle en fabrication additive : nombreux sont les projets qui se sont appuyés sur la nature, le comportement des animaux, le mouvement des éléments, pour tirer des conclusions et proposer des innovations. Dans ce cas précis, le procédé leur permettrait de fabriquer des pièces en polymère beaucoup plus rapidement, sans moule ou autre équipement onéreux. Mais comment fonctionne cette technique ? Peut-elle réellement implacter le secteur de la fabrication additive ?
La recherche, publiée dans Advanced Materials, est basée sur plusieurs expérimentations, toutes réalisées sans imprimante 3D. Les chercheurs ont en effet utilisé un récipient en verre qu’ils ont immergé dans de l’eau glacée. Ils y versent ensuite une résine de dicyclopentadiène (DCPD), un composé organique de couleur jaune. Puis, ils chauffent le point central du liquide à 70 °C, entraînant alors la solidification de l’ensemble de la résine. La chaleur se propage à une vitesse de 1 mm par seconde et permet une polymérisation par ouverture de cycle par métathèse. En fait, tout ce que touche la chaleur durcit, formant ainsi une sorte de sphère en croissance. Mais comment font-ils pour obtenir la forme souhaitée ?
De gauche à droite : la pomme de pin, la framboise et la courge imprimées en 3D
Growth Printing, une méthode d’impression 3D plus efficace ?
Pour modifier la forme, les chercheurs sortent cette sphère en croissance du récipient et peuvent alors la manipuler, comme du verre soufflé. Ils jouent ainsi sur sa taille, sur d’éventuelles ondulations, etc. Ainsi, ils ont pu concevoir une framboise, une courge ou encore une pomme de pin. L’équipe explique que cette méthode fonctionne mieux avec des formes axisymétriques c’est-à-dire symétriques par rapport à un axe vertical. Autrement, le processus est plus complexe. Mais possible car les chercheurs ont réussi à créer un kiwi.
Si on regarde bien cette méthode, il semblerait qu’on ait à faire à un mélange d’impression 3D et de sculpture. On comprend bien certains avantages de ce processus, comme le déclare Sameh Tawfick , professeur de sciences mécaniques et d’ingénierie à l’université de l’Illinois Urbana-Champaign et chef de projet : “Les équipements d’impression 3D polymère ont évolué, mais certains aspects les rendent encore coûteux et très lents. Notre objectif était d’augmenter la vitesse de fabrication, la taille et la qualité des matériaux tout en maintenant un faible coût. Le processus que nous avons mis au point est vraiment rapide et peu coûteux.” Concernant la vitesse, les chercheurs affirment que ce procédé serait 100 fois plus rapide que des imprimantes 3D FDM/FFF du marché.
Quid toutefois des formes très complexes, aux détails très fins ? Comment imaginer de gros volumes avec cette technique ? Cela nous parait encore trop flou. Mais il est intéressant de voir comment on peut s’approprier le principe même de la fabrication additive et créer une nouvelle manière de produire des objets sans imprimante 3D, sans moule ou machine CNC. Philippe Geubelle, professeur d’ingénierie aérospatiale de l’Illinois et co-auteur de l’article, ajoute :
Il s’agit d’une application simple et magnifique d’un processus de réaction-diffusion que l’on retrouve dans de nombreux systèmes naturels. La rapidité et l’efficacité énergétique du processus d’impression par croissance rendent ce procédé particulièrement intéressant. En ce qui concerne la modélisation de ce projet collaboratif, nous avons développé un outil informatique qui prédit le mouvement ascendant de la tige nécessaire pour atteindre la forme cible de l’objet fabriqué.
En tout cas, ce projet n’en est qu’à ses débuts et les chercheurs sont très conscients des obstacles qu’il reste encore à franchir. Sameh Tawfick compare cela aux imperfections que l’on peut rencontrer dans la nature. Il conclut : “Il est difficile de trouver un cube parfait dans la nature. Je ne connais aucune plante ni aucun organisme qui ressemble à un cube parfait. De même, notre processus ne peut pas produire un cube parfait. C’est un miroir intéressant de la nature. » Vous pouvez retrouver l’intégralité de l’étude ICI.
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*Crédits de toutes les photos : Beckman Institute
