Comment créez-vous des objets 3D complexes en quelques secondes, au lieu d’heures ou de jours ? Une équipe de scientifiques et d’ingénieurs dirigée par le Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a mis au point un procédé qui utilise des lasers de type hologramme pour fabriquer des objets complets en quelques secondes dans un réservoir de résine liquide. Baptisé Impression 3D volumétrique (Volumetric 3D printing), le procédé surmonte de nombreuses limitations de la fabrication additive conventionnelle.

La fabrication additive, mieux connue sous le nom d’impression 3D, promet de révolutionner le prototypage et la fabrication, mais c’est un processus qui, malgré toutes ses promesses, a ses limites. L’impression 3D conventionnelle fonctionne en imprimant un objet en couches. Les objets en plastique peuvent être construits en injectant du plastique fondu dans un motif tridimensionnel et des objets métalliques en déposant des couches de fine poussière métallique, qui est fusionnée en un motif grâce à un laser ou un faisceau d’électrons.

C’est un processus qui permet de produire des prototypes beaucoup plus rapidement que l’usinage, et cela permet de créer des formes très complexes dans une seule unité au lieu d’être construites à partir de plusieurs unités plus simples. Cependant, une telle impression peut encore prendre des heures, voire des jours, et pendant que l’objet est en cours d’impression, il peut être nécessaire d’inclure des stries ou des structures temporaires pour le supporter jusqu’à ce que cela soit complet.

Développée par LLNL en collaboration avec UC Berkeley, l’Université de Rochester et le MIT, l’impression volumétrique remplace la superposition par un processus qui crée l’objet entier simultanément. Elle le fait en utilisant trois lasers qui se chevauchent et émettent des rayons dans un motif de type hologramme dans un réservoir transparent rempli de résine plastique photodurcissable (photosetting). Une courte exposition par faisceau unique n’est pas suffisante pour durcir la résine en peu de temps, mais la combinaison de trois lasers peut induire un durcissement en une dizaine de secondes. Une fois l’objet formé, l’excès de résine est ensuite évacué pour révéler l’unité complète.

«Le fait que vous puissiez réaliser des pièces entièrement en 3D en une seule étape surmonte réellement un problème important dans la fabrication additive», explique Maxim Shusteff, chercheur au LLNL. «Nous essayons d’imprimer une forme 3D en même temps, le but réel de cet article était de demander:« Pouvons-nous faire des formes 3D arbitraires en même temps, au lieu de les assembler progressivement, couche par couche? Il s’avère que nous le pouvons. « 

L’impression volumétrique est non seulement plus rapide, mais élimine le besoin de structures de support temporaires, est plus flexible et offre plus de flexibilité géométrique. Jusqu’à présent, elle a été utilisée pour créer des carrés, des poutres, des plans, des entretoises à des angles arbitraires, des treillis et des objets complexes et incurvés.

Cependant, l’équipe souligne qu’il y a une limite à la complexité des formes et que la résolution ne peut être augmentée que parce que l’augmentation de l’exposition provoquera le durcissement des parties indésirables de la résine liquide. L’espoir est que le développement de polymères plus réactifs permettra non seulement des objets plus grands avec une résolution plus élevée, mais aussi l’impression d’objets à partir d’hydrogels ultralégers. De plus, l’impression volumétrique fonctionne en apesanteur, ce qui la rend utile pour la fabrication à bord de vaisseaux spatiaux.

«C’est une démonstration de ce que peut être la prochaine génération de fabrication additive», explique Chris Spadaccini, ingénieur chez LLNL. «La plupart des technologies d’impression 3D et de fabrication additive consistent en une opération unidimensionnelle ou bidimensionnelle, ce qui permet de transformer la fabrication en une opération entièrement en 3D, ce qui n’a pas encore été fait auparavant. Le potentiel impact de cela pourrait être énorme et si vous pouvez bien le faire, vous pouvez toujours avoir beaucoup de complexité. « 

https://www.llnl.gov/news/volumetric-3d-printing-builds-need-speed

http://advances.sciencemag.org/content/3/12/eaao5496