Un type d’impression 3D utilise les ondes sonores pour construire des objets
La plupart des méthodes d’impression 3D actuellement utilisées reposent sur des réactions photo (lumière) ou thermo (chaleur) pour manipuler les polymères avec précision. Le développement d’une nouvelle plateforme technologique appelée impression sonore directe (DSP), qui utilise des ondes sonores pour produire de nouveaux objets, pourrait offrir une troisième option.
L’impression sonore directe
« Les fréquences ultrasonores sont déjà utilisées dans des procédures destructives comme l’ablation au laser de tissus et de tumeurs. Nous voulions les utiliser pour créer quelque chose « , explique Muthukumaran Packirisamy, professeur et chercheur à Concordia et auteur correspondant d’un article.
Mohsen Habibi, associé de recherche au Optical-Bio Microsystems Lab de Concordia, est l’auteur principal d’un article. Son collègue de laboratoire et étudiant au doctorat Shervin Foroughi et l’ancien étudiant à la maîtrise Vahid Karamzadeh sont les coauteurs de cette étude.
Des réactions ultra-précises
Comme l’expliquent les chercheurs, la DSP repose sur des réactions chimiques créées par la fluctuation de la pression à l’intérieur de minuscules bulles en suspension dans une solution liquide de polymère. « Nous avons découvert que si nous utilisons un certain type d’ultrasons avec une certaine fréquence et une certaine puissance, nous pouvons créer des régions chimiquement réactives très locales et très ciblées », explique Habibi. « En gros, ces bulles peuvent être utilisées comme réacteurs pour entraîner des réactions chimiques visant à transformer la résine liquide en solides ou semi-solides. »
Les réactions provoquées par l’oscillation dirigée par les ondes ultrasonores à l’intérieur de ces microbulles sont intenses, bien qu’elles ne durent que quelques picosecondes. La température à l’intérieur de la cavité s’élève à environ 15 000 kelvins et la pression dépasse 1 000 bars (la pression à la surface de la Terre au niveau de la mer est d’environ un bar). Le temps de réaction est si bref que le matériau environnant n’est pas affecté.
Les chercheurs ont expérimenté sur un polymère utilisé dans la fabrication additive, le polydiméthylsiloxane (PDMS). Ils ont utilisé un transducteur pour générer un champ ultrasonique qui traverse l’enveloppe du matériau de construction, solidifie la résine liquide ciblée et la dépose sur une plateforme ou un autre objet préalablement solidifié.
Le transducteur se déplace le long d’une trajectoire prédéterminée, créant finalement le produit souhaité, pixel par pixel. Les paramètres de la microstructure peuvent être manipulés en ajustant la durée de la fréquence de l’onde ultrasonore et la viscosité du matériau utilisé.
Créer des dispositifs médicaux
Les auteurs estiment que la polyvalence de la DSP profitera aux industries qui utilisent des équipements très spécifiques et délicats. Le polymère PDMS, par exemple, est largement utilisé dans l’industrie de la microfluidique, où les fabricants ont besoin d’environnements contrôlés (salles blanches) et de techniques lithographiques sophistiquées pour créer des dispositifs médicaux et des biocapteurs.
L’ingénierie et la réparation aérospatiales peuvent également bénéficier du PDMS, car les ondes ultrasonores pénètrent les surfaces opaques comme les coques métalliques. Cela peut permettre aux équipes de maintenance d’entretenir des pièces situées dans les profondeurs du fuselage d’un avion, qui seraient inaccessibles aux techniques d’impression reposant sur des réactions photoactivées. La DSP pourrait même avoir des applications médicales pour l’impression à distance à l’intérieur du corps des humains et d’autres animaux.
« Nous avons prouvé que nous pouvions imprimer de multiples matériaux, y compris des polymères et des céramiques », explique M. Packirisamy. « Nous allons ensuite essayer les composites polymère-métal et, à terme, nous voulons arriver à imprimer du métal avec cette méthode. »
L’équipe nous montre comment fonctionne ce type d’impression 3D dans cette vidéo.
Cette recherche a été publiée dans Nature Communications.
Source : Concordia University
Crédit photo : Pexels