10/04/2018 - Impression 4D, utilisation de matériaux répondant à des stimuli externes

Menéame

La impression 3D est constituée par la ajout de matériel numérique pour créer des objets complexes tridimensionnels. Cette technique est d'une grande utilité pour le prototypage rapide d'objets complexes, ce qui permet par exemple d'accélérer le processus de conception de nouveaux produits. D'autre part, avec l'impression 3D il est possible de fabriquer des objets personnalisés sur mesure, ce qui contribuera au développement de la médecine et à la révolution de l'industrie 4.0.

Dans de nombreux cas, ce type d'impression utilise matériaux thermoplastiques qui, une fois imprimés, aboutissent à des objets tridimensionnels inanimés. Le concept de impression 4D est d'aller un pas plus loin, parce qu'il ajoute le temps comme dimension et consiste en la impression 3D de matériaux répondant à des stimuli externes, de sorte que l'objet imprimé va changer dans le temps en étant exposé à un stimulus approprié, par exemple la température.

C'est le progrès qu'a réalisé une équipe de chercheurs du ICMA (Institut de science des matériaux d'Aragon, mixte entre le Conseil supérieur de la recherche scientifique CSIC et l'Université de Saragosse) dirigée par le scientifique titulaire du CSIC, directeur adjoint de l'institut aragonais et récent prix 2017 de l'Académie royale des sciences de Saragosse (section de physique) Carlos Sánchez Somolinos, qui a développé, avec la collaboration de la technicienne María López Valdeolivas, une plate-forme d'impression de polymères à cristaux liquides qui répondent à un stimulus externe, température dans ce cas, mais avec d'autres matériaux peuvent être stimulants autres que lumière, pH, humidité, champs magnétiques ou électriques. L'extrusion contrôlée de ces matériaux a été utilisée pour la préparation de structures complexes qui répondent de manière réversible à la température. La clé du contrôle de la déformation réside dans l'orientation microscopique que le matériau acquiert au cours du processus d'impression, qui permet de contrôler avec précision l'ampleur et la direction des forces qui seront ensuite exercées sur le matériel imprimé à l'excitation de température. Cela permet de programmer la transformation des structures imprimées vers des formes complexes tridimensionnelles. La plate-forme d'impression 4D développée sur l'ICMA a permis de mettre en œuvre diverses fonctions et déformations complexes, difficiles à réaliser avec les technologies de traitement actuellement disponibles pour ces matériaux.

Le caractère additif de cette technologie d'impression 4D permet de penser à la préparation d'éléments structurés microscopiquement et à la fois fabriqués à grande échelle qui peuvent effectuer une grande quantité de travail avec beaucoup de précision, fonctionnant ainsi comme de véritables muscles artificiels, réduisant ainsi l'écart actuel entre ces matériaux et les applications réelles.

En collaboration avec des scientifiques de l'Université technologique d'Eindhoven (Pays-Bas), les chercheurs de l'ICMA développent de nouveaux concepts et des conceptions susceptibles d'être appliqués dans des domaines tels que l'haptique (la < < science> > , par analogie avec l'acoustique et l'optique), la biomédecine ou l'optique adaptative. Ainsi, les protubérances formées par ces matériaux en étant excités ont un grand potentiel pour la génération de surfaces qui offrent des sensations au toucher telles que des dispositifs de lecture Braille. Des membranes de pores réglables ont également été créées, qui peuvent discriminer des particules de différentes tailles et formes. De même, des structures capables d'effectuer des fonctions robotiques de translation et de rotation très récente ont été mises au point et appliquées à la rotation précise d'éléments optiques. Dans le domaine de l'optique adaptative, des lentilles ont été créées dont le focal peut être réglé de manière contrôlée par la température. Et en robotique molle, ces systèmes polymériques, caractérisés par leur flexibilité et leur adaptabilité dans la déformation, permettent d'appliquer des fonctions robotiques potentiellement utilisées en chirurgie minimale invasive ou microfluidique.

Pour plus d'informations:

"4D Printed Actuators with Soft-Robotic Functions" María López-Valdeolivas, Danqing Liu, Dick Jan Broer et Carlos Sánchez-Somolinos Macrolecular Rapid Communications.

https://doi.org/10.1002/marc.201700710

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