Un filtre de spectromètre de masse imprimé en 3D en quelques heures

Au MIT, une équipe de chercheurs dirigé par Fernando Velásquez-García a mis au point un filtre par impression 3D pour un spectromètre de masse. Cet appareil, destinée à la détection de structures moléculaires par mesure de leur masse, est traditionnellement volumineux, fragile et de par son encombrement, peu facile à déployer dans certaines zones. En s’appuyant sur la photopolymérisation et une résine vitrocéramique résistante à la chaleur, ils ont réussi à produire le filtre de cet appareil, plus communément connu sous le nom de quadripôle. Grâce à la fabrication additive, l’équipe aurait considérablement réduit le temps de production du filtre ainsi que son coût mais aussi son poids.  

La spectrométrie de masse a été développée dans les années 1900 et servait à l’origine à repérer puis séparer les isotropes d’un élément chimique. Depuis, la technique s’est perfectionnée et sert maintenant de nombreux domaines scientifiques comme la chimie, la physique, la biologie ou encore l’étude des pierres. Un spectromètre est composé de quatre parties dont l’analyseur capable de séparer les ions. Ce dernier peut être un analyseur haute résolution ou basse résolution. Dans le deuxième cas, on utilise un quadripôle c’est-à-dire un composant qui permet un transfert d’énergie. C’est ce dernier qui a été conçu par fabrication additive en quelques heures et pour quelques dollars seulement, contre des semaines traditionnellement et des milliers de dollars.

La fabrication additive permet d’imaginer de nombreuses formes et itérations

Un filtre de spectromètre conçu par impression 3D

Le composant aurait été imprimé en 3D via une machine résine : l’équipe explique avoir employé une résine vitrocéramique durcie couche par couche par plusieurs LED. L’imprimante 3D fabrique le quadripôle miniaturisé en une seule fois, supprimant les étapes d’assemblage qui peuvent entraîner des défauts et donc réduire la qualité du composant. Fernando Velásquez-García affirme : « Nous ne sommes pas les premiers à essayer de faire cela. Mais nous sommes les premiers à y être parvenus. Il existe d’autres filtres quadripolaires miniaturisés, mais ils ne sont pas comparables aux filtres de masse de qualité professionnelle. Les possibilités sont nombreuses pour ce matériel si la taille et le coût pouvaient être réduits sans nuire aux performances. »

Avoir recours à la fabrication additive a offert de nombreux avantages à l’équipe du MIT comme expliqué précédemment. Cela a également permis de réduire la taille du spectromètre de masse, élargissant alors le champ des possibles. L’équipe explique en effet qu’elle pourra l’utiliser dans des zones plus reculées et faire des analyses plus rapidement et efficacement. On peut prendre l’exemple de la forêt tropicale ou encore de l’espace où l’appareil pourrait servir à analyser les produits chimiques de l’atmosphère.

De plus, l’impression 3D offrant davantage de possibilités en termes de formes et de géométries, l’équipe a imaginé un autre design pour leur quadripôles. Elle a conçu un appareil avec des tiges hyperboliques, idéal pour le filtrage de masse. Traditionnellement, ces tiges sont arrondies ce qui peut affecter les performances du spectromètre. Puis, les chercheurs ont placé des structures lattices autour des tiges pour maximiser leur solidité et durabilité. Enfin, une étape de post-traitement a permis de rendre les tiges conductrices : grâce à la galvanoplastie, une fine pellicule de métal a été appliquée en toute sécurité. Le résultat ? Des quadripôles d’environ 12 cm de long, quatre fois moins denses que des filtres en acier inoxydable.

Les chercheurs ont conçu un quadripôle avec des tiges hyperboliques

À l’avenir, l’équipe souhaite allonger les filtres pour permettre des analyses plus précises. Fernando Velásquez-García conclut : « Notre vision est de fabriquer un spectromètre de masse dont tous les composants clés peuvent être imprimés en 3D, ce qui contribuerait à réduire considérablement le poids et le coût de l’appareil sans en sacrifier les performances. Il reste encore beaucoup de travail à faire, mais c’est un bon début. » Vous pouvez retrouver davantage d’informations dans le communiqué de presse officiel du MIT ICI.

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*Crédits photo : MIT