Une mousse expansible facilite l’impression 3D grand format

Malgré ses nombreux avantages, la fabrication additive a ses limites, certaines plus évidentes, d’autres plus frustrantes. Par exemple, nous savons tous que la taille des les pièces produites avec une imprimante 3D est directement corrélée avec les dimensions de la machine elle-même. Pour obtenir des pièces grand format, on doit souvent réaliser plusieurs impressions et assembler le tout par la suite. L’impression 3D à grande échelle est possible, mais les systèmes disponibles sont moins nombreux que les machines de bureau plus compactes. À l’heure actuelle, l’une des plus grandes machines du marché peut imprimer des volumes allant jusqu’à 1 m3. Et si la taille de ces pièces ne dépendait plus de la machine mais pouvait être directement contrôlée via le matériau d’impression ? Dans un article de recherche publié dans Applied Materials & Interfaces, une équipe de scientifiques étudie l’extensibilité de la mousse imprimée en 3D comme solution possible à la limitation des volumes de construction.

Dans leur article intitulé Highly Expandable Foam for Lithographic 3D Printing, les chercheurs de l’Université de Californie à San Diego expliquent qu’ils ont mis au point une résine prépolymère expansible pour la fabrication additive lithographique. L’impression 3D lithographique, qui repose sur le processus de polymérisation, durcit les couches de matériau, dans ce cas la résine, à l’aide d’une source de lumière. Sous l’effet de la chaleur, la résine de prépolymère peut se dilater après avoir été imprimée en 3D pour produire des pièces jusqu’à 40 fois leur volume d’origine. Par conséquent, le volume de construction de l’imprimante 3D ne limite plus la taille des pièces en utilisant ce procédé.

Sous l’effet de chaleur, la pièce grossit peu à peu

Le développement de la mousse expansible et ses applications

Pour mettre au point le bon matériau, l’équipe explique qu’elle a choisi un monomère qui sert d’élément de base à la résine polymère : le méthacrylate de 2-hydroxyéthyle. Ensuite, elle a dû trouver la concentration optimale de photo-initiateur ainsi qu’un agent gonflant approprié pour apparier le monomère. Après plusieurs essais, l’équipe s’est mise d’accord sur un agent expansible non traditionnel généralement utilisé avec les polymères de type polystyrène. Les chercheurs ont alors imprimé une sphère creuse avec une structure lattice. En la chauffant dans un four, un composant volatil de la résine a produit des bulles sous forme de gaz, créant ainsi une sorte de mousse de polystyrène. Selon l’équipe, la pièce est devenue 40 fois plus grande en volume que l’objet original. 

Quelles seraient alors les applications réalisées avec cette mousse expansible ? Les chercheurs expliquent dans leur étude : “Les géométries complexes composées de mousses poreuses ont des implications dans des domaines exigeants d’un point de vue technologique tels que l’architecture, l’aérospatiale, l’énergie et la biomédecine.” Par exemple, l’équipe a imprimé un bateau qui s’est avéré capable de supporter un poids 20 fois supérieur lorsque agrandi. Une éolienne a également été conçue, en mesure de produire une petite quantité d’électricité à sa taille plus grande. Bien que le nouveau matériau ne soit pas aussi solide que la mousse de polystyrène, il pourrait un jour être utilisé pour le rembourrage, les ailes, les aides à la flottabilité ou même les habitats extensibles pour les astronautes, affirment les chercheurs. Vous pouvez retrouver plus d’informations ICI et dans la vidéo ci-dessous.

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