Des chercheurs de l’UWE Bristol cultivent des rubis et des saphirs dans du platine imprimé en 3D

05Une équipe du Centre for Print Research (CFPR) de l’University of the West of England (UWE Bristol) a mis au point une méthode pour insérer un cristal germe dans une structure en platine en cours de fabrication. La pierre précieuse peut ensuite se développer directement au sein de la pièce. Dirigé par la chercheuse Sophie Boons, le projet, baptisé neo-gemstone, vise à « faire pousser » des rubis et des saphirs dans des montures en platine à partir de fragments et de chutes de pierres précieuses existantes, plutôt que de les extraire d’une mine ou de les produire dans un environnement industriel.

Que signifie, au juste, faire pousser une pierre précieuse ? Au-delà de l’extraction minière, ces pierres peuvent aussi être produites en laboratoire. Le procédé consiste essentiellement à recréer de manière accélérée les conditions présentes au cœur de la Terre (notamment la pression, la température et la composition chimique) afin de cristalliser des minéraux purs. L’équipe du CFPR s’est appuyée sur un système hybride pour faire croître les pierres sans reproduire ces conditions industrielles.

Le cristal germe devait rester parfaitement immobile à un emplacement précis dans la structure métallique, sans subir le moindre dommage pendant la fabrication. Or, les procédés conventionnels ne répondaient pas à ces exigences. En fonderie à cire perdue, le métal en fusion est coulé dans un moule : l’écoulement, la poussée d’Archimède et le choc thermique risquent alors de déplacer ou de briser tout germe placé à l’intérieur. Le point de fusion élevé du platine accroît encore ce risque. La fusion laser sur lit de poudre (LPBF) ne convenait pas davantage, car la pièce reste enfouie dans la poudre métallique tout au long de la fabrication, ce qui empêche d’intervenir pour insérer un germe avant de poursuivre le procédé.

Un procédé hybride

L’équipe a donc utilisé une fraiseuse HAAS 5 axes configurée pour le Wire Laser Metal Deposition (W-LMD), une forme de dépôt de matière sous énergie concentrée (DED), ainsi que pour l’usinage CNC 5 axes. Le W-LMD fabrique la pièce couche après couche tout en la laissant accessible. Les chercheurs peuvent ainsi interrompre le dépôt, positionner manuellement le germe, puis reprendre la fabrication. Le dépôt et l’usinage de finition s’effectuent sur la même machine, sans transfert vers un second poste.

Le chercheur Michael White a également conçu un système d’aspiration sous vide qui récupère les déchets de platine produits pendant l’usinage afin de permettre leur recyclage.

Le projet neo-gemstone se trouve encore au stade de la recherche, mais il montre qu’un système hybride peut être reconfiguré pour répondre aux exigences propres à une pièce. Dans ce cas précis, il s’agissait d’insérer un cristal germe sans l’endommager. Dans une autre application, la même approche pourrait servir à intégrer un capteur, à modifier une géométrie interne ou à récupérer un autre matériau pendant l’usinage.

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*Photo de couverture : bagues ornées de pierres précieuses produites en laboratoire (crédits : Meltio)