Résoudre les vulnérabilités structurelles en impression 3D
La technologie d'impression 3D par interface voxel (VI3DP) de l'université Johns Hopkins utilise une tête d'impression équipée d'une buse standard entourée de quatre buses supplémentaires.
Selon l’Université Johns Hopkins, des ingénieur·e·s en génie civil et en systèmes ont transformé un problème récurrent lié aux imprimantes 3D en une fonctionnalité multifonctionnelle, en développant une nouvelle technique d’impression appelée impression 3D par interface voxel (VI3DP). Cette méthode permet de résoudre la faiblesse fondamentale présente entre les couches imprimées. Ce travail, publié dans la revue Advanced Materials, offre la possibilité de personnaliser le comportement des objets imprimés en 3D.
« En impression 3D, les interfaces sont réputées pour créer des vulnérabilités », explique Jochen Mueller, professeur adjoint au département de génie civil et de systèmes de la École d’ingénierie Whiting (Whiting School of Engineering). « Le matériau imprimé adhère soit trop fortement, soit trop faiblement, ce qui engendre des faiblesses structurelles. C’est un peu comme des spaghettis qui collent ensemble après cuisson, mais qui se séparent facilement. Cela génère des défauts qui limitent la fonctionnalité des produits imprimés en 3D. »
Pour surmonter ce problème, l’équipe a développé une nouvelle technique d’impression permettant de contrôler avec précision les interfaces entre les voxels – l’équivalent tridimensionnel des pixels – ainsi que leurs propriétés, comme l’adhérence.
La VI3DP utilise une tête d’impression équipée d’une buse standard entourée de quatre buses supplémentaires. Alors que la buse principale dépose le matériau, les buses supplémentaires appliquent un film mince d’un matériau différent sur le dessus. Cela permet de contrôler et de personnaliser l’interface entre chaque ligne imprimée, que ce soit dans le cadre d’une impression mono- ou multi-matériaux, éliminant ainsi le besoin de plusieurs têtes d’impression ou d’espaces inutiles dans un objet.
« Ajouter des propriétés mécaniques, optiques ou électriques est déjà possible avec certains procédés d’impression 3D, comme l’extrusion ou le jet de matériaux. Cependant, ces procédés nécessitent que ces propriétés soient intégrées sous forme de voxels entiers, plutôt que sous forme d’interfaces minces entourant les voxels, ce qui réduit considérablement la résolution et la productivité. Notre méthode permet d’intégrer ces propriétés à une fraction de la taille d’un voxel, élargissant ainsi le champ des applications possibles pour les matériaux souples », précise Daniel Ames, doctorant.
« Les interfaces sont extrêmement importantes en raison de ce qu’elles peuvent permettre », ajoute Mueller, auteur principal de l’étude. « La VI3DP offre le potentiel de produire des interfaces plus minces, de nouvelles combinaisons de matériaux et des fonctions intégrées comme des circuits 3D complexes, des dispositifs électromécaniques, des structures composites contenant des données et des mécanismes imprimés sur place avec des ajustements précis. »
L’équipe prévoit d’explorer ces améliorations potentielles dans le cadre de recherches futures. « La VI3DP constitue une base solide pour les développements futurs en fabrication. Nous serons en mesure d’imprimer des structures complexes qui étaient jusque-là impossibles », conclut Ames.
Parmi les collaborateurs de l’étude figurent Sarah Propst, doctorante à l’Université Johns Hopkins et Aadarsh Shah, un étudiant du secondaire en visite académique.
