Nouvelle technique d'impression 3D prête à progresser ma

Jan 31, 2024

Université Heriot-Watt

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Crédit : Université Heriot-Watt

Des scientifiques ont mis au point une technique avancée d'impression 3D qui devrait révolutionner l'industrie manufacturière.

Le groupe, dirigé par le Dr Jose Marques-Hueso de l'Institut des capteurs, des signaux et des systèmes de l'Université Heriot-Watt d'Édimbourg, a créé une nouvelle méthode d'impression 3D qui utilise la lumière proche infrarouge (NIR) pour créer des structures complexes contenant plusieurs matériaux et couleurs.

Ils y sont parvenus en modifiant un processus d'impression 3D bien établi connu sous le nom de stéréolithographie pour repousser les limites de l'intégration multi-matériaux. Une imprimante 3D conventionnelle appliquerait normalement un laser bleu ou UV sur une résine liquide qui est ensuite sélectivement solidifiée, couche par couche, pour construire un objet souhaité. Mais un inconvénient majeur de cette approche a été les limites du mélange des matériaux.

Ce qui est différent dans ce dernier projet, c'est que les scientifiques utilisent une source de lumière NIR capable d'imprimer à des profondeurs beaucoup plus grandes dans la cuve de résine, et sans avoir besoin d'imprimer en couches.

Les résultats offrent d'énormes opportunités pour l'industrie, en particulier celles qui s'appuient sur des pièces spécialisées telles que les secteurs de la santé et de l'électricité.

Le Dr Marques-Hueso explique : « La nouveauté de notre nouvelle méthode, qui n'a jamais été utilisée auparavant, est d'utiliser les fenêtres d'invisibilité NIR des matériaux pour imprimer à une profondeur de plus de 5 cm, alors que la technologie conventionnelle a une limite de profondeur d'environ 0,1 mm. Cela signifie que vous pouvez imprimer avec un matériau et ajouter plus tard un second matériau, en le solidifiant à n'importe quelle position de l'espace 3D, et pas seulement au-dessus des surfaces extérieures.

"Par exemple, nous pouvons imprimer un cube creux qui est en grande partie scellé sur tous les côtés. Nous pouvons ensuite revenir plus tard et imprimer un objet, fait d'un matériau entièrement différent, à l'intérieur de cette boîte, car le laser NIR pénétrera à travers le matériau précédent comme s'il était invisible, car en fait il est complètement transparent au NIR."

Le Dr Adilet Zhakeyev, chercheur au doctorat à l'Université Heriot-Watt qui travaille sur le projet depuis près de trois ans, ajoute : « La technologie de modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) était déjà capable de mélanger des matériaux, mais le FDM a une faible résolution, où les couches sont visibles, tandis que les technologies basées sur la lumière, telles que la stéréolithographie, peuvent fournir des échantillons lisses avec des résolutions inférieures à cinq micromètres.

Les scientifiques affirment qu'un élément clé de leur projet a été le développement de résines techniques contenant des nanoparticules présentant le phénomène de conversion optique ascendante. Ces nanoparticules absorbent les photons NIR et les transforment en photons bleus, qui solidifient la résine. Cet événement est «non linéaire», ce qui signifie qu'il peut obtenir les photons bleus principalement au foyer du laser, et non en le traversant. Pour cette raison, le NIR peut pénétrer profondément dans le matériau comme s'il était transparent et ne solidifier que le matériau à l'intérieur.

La nouvelle méthode d'impression 3D permet d'imprimer plusieurs matériaux aux propriétés différentes dans le même échantillon, par exemple des élastomères flexibles et de l'acrylique rigide, utiles pour de nombreuses entreprises telles que la production de chaussures. La technique ouvre une myriade de nouvelles possibilités, notamment l'impression 3D d'objets à l'intérieur de cavités, la restauration d'objets cassés et même la bio-impression in situ à travers la peau.

"Dans le même projet de recherche, nous avions précédemment développé une résine pouvant être cuivrée sélectivement", poursuit le Dr Marques-Hueso.

« En combinant les deux technologies, nous pouvons désormais imprimer en 3D avec deux résines différentes et en recouvrir sélectivement une seule d'entre elles en cuivre en utilisant un simple bain de solution de placage. De cette façon, nous pouvons créer des circuits intégrés en 3D, ce qui est très utile pour l'industrie électronique.

Bien que cette technologie offre un aperçu passionnant de l'avenir, les coûts sont étonnamment bas.

Le Dr Marques-Hueso a déclaré: "Un avantage évident de cette technique est que la machine complète peut être construite pour moins de 400 £. Certaines autres technologies avancées qui utilisent des lasers, telles que la polymérisation à deux photons (2PP), nécessitent des lasers ultrarapides coûteux de l'ordre de dizaines de milliers de livres, mais ce n'est pas notre cas car nos matériaux spécialisés permettent l'utilisation de lasers peu coûteux. "

Il a conclu : "Maintenant que nous avons des résultats à l'appui de nos affirmations, nous espérons nous associer à des entreprises et développer davantage cette technologie."

Le projet, intitulé Multimaterial Stereolithography by Crosslinking through Luminescence Excitation, a reçu un financement de 280 000 £ du Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC). Ses conclusions ont été publiées dans les revues Applied Materials Today.

Matériaux appliqués aujourd'hui

10.1016/j.apmt.2023.101854

Stéréolithographie multimatériaux par réticulation par excitation de luminescence

30-mai-2023

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