Les chercheurs du Dartmouth College ont mis au point une encre intelligente qui transforme les structures imprimées en 3D en objets pouvant changer de forme et de couleur. L’innovation promet d’ajouter encore plus de fonctionnalités à l’impression 3D et pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de matériels imprimés.
Un exemple de la recherche montre comment un objet imprimé en 3D composé d’hydrogel (G1) peut changer de taille après l’impression. Alors que cet exemple sert à démontrer le résultat, d’autres objets peuvent être utilisés comme filtres ou périphériques de stockage.
Les progrès dans le domaine de l’impression intelligente à changement de forme – également connue sous le nom d’Impression 4D – constituent une alternative peu coûteuse à l’impression de pièces de précision pour des applications allant de la biomédecine à l’industrie de l’énergie.
« Cette technique donne vie à des objets imprimés en 3D », a déclaré Chenfeng Ke, professeur adjoint de chimie à Dartmouth. «Bien que de nombreuses structures imprimées en 3D ne soient que des formes qui ne reflètent pas les propriétés moléculaires du matériau, ces encres apportent des molécules fonctionnelles au monde de l’impression 3D et nous pouvons désormais imprimer des objets intelligents pour diverses utilisations ».
De nombreux protocoles d’impression 3D utilisent des résines photopolymérisables et donnent des objets en plastique dur avec des architectures moléculaires rigides mais aléatoires. Le nouveau processus permet aux concepteurs de conserver des alignements moléculaires spécifiques et des fonctions dans un matériau et convertit ces structures pour une utilisation dans l’impression 3D.
En utilisant une combinaison de nouvelles techniques dans les processus de pré-impression et de post-impression, les chercheurs ont été en mesure de réduire les objets imprimés à 1% de leur taille d’origine et avec une résolution 10 fois supérieure. Les objets imprimés en 3D peuvent même être animés pour se dilater et se contracter à plusieurs reprises grâce à l’utilisation de piliers supramoléculaires. Avec les trackers fluorescents, les objets peuvent être amenés à changer de couleur en réponse à un stimulus externe tel que la lumière.
La possibilité de réduire la taille d’un objet après l’impression tout en préservant les fonctionnalités et en augmentant la résolution permet à des imprimantes peu coûteuses d’imprimer des objets haute résolution qui étaient autrefois possibles avec des imprimantes beaucoup plus sophistiquées.
Selon l’étude, qui a été sélectionnée comme papier VIP par Angewandte Chemie, la revue de la Société allemande de chimie, l’encre intelligente peut imprimer à une résolution approximative de 300 microns, mais le produit final présenterait une largeur de trait beaucoup plus fine de l’ordre de 30 microns.
« Ce processus peut utiliser une imprimante à 1000 dollars pour imprimer ce qui nécessitait une imprimante à 100 000 dollars », a déclaré Chenfeng Ke. « Cette technique est évolutive, largement adaptable et peut réduire considérablement les coûts. »
Pour créer l’encre intelligente, les chercheurs ont utilisé un «véhicule» à base de polymère qui intègre des systèmes moléculaires intelligents dans le gel d’impression et permet la transformation de leurs fonctions de l’échelle nanoscopique à celle macroscopique.
Alors que la plupart des matériaux sont facilement durcis pendant le processus d’impression 3D, le nouveau processus introduit une série de réactions post-impression qui verrouillent les ingrédients actifs ensemble et conservent la forme de la structure moléculaire tout au long du processus d’impression.
Le résultat est un objet imprimé avec un design moléculaire qui est programmé pour se transformer: si vous lui fournissez du carburant chimique, il change de forme. Si vous allumez une lumière, cela peut changer de couleur.
«C’est quelque chose que nous n’avons jamais vu auparavant: non seulement nous pouvons imprimer des objets en 3D, mais nous pouvons dire aux molécules de ces objets de se réarranger à un niveau visible à l’œil nu après l’impression pour le développement de matériaux intelligents « , a déclaré Chenfeng Ke.
Alors que les chercheurs pensent que la technologie est encore loin des systèmes 3D intelligents qui peuvent changer de façon dynamique leur configuration, les utilisations actuelles de la technologie pourraient être d’imprimer des filtres de précision et des dispositifs de stockage. Avec le temps, les chercheurs s’attendent à ce que le processus aboutisse à la création d’une nouvelle classe d’objets imprimés en 3D macroscopiques pouvant être utilisés pour délivrer des médicaments ou produire des substituts osseux à haute résolution.
Selon l’équipe de recherche impliquée dans l’étude: «Nous croyons que cette nouvelle approche lancera le développement de matériaux d’impression 3D à base de petites molécules et accélèrera considérablement le développement de matériaux intelligents et de dispositifs au-delà de notre portée actuelle capables de tâches complexes en réponse aux stimuli environnementaux. »
Dans l’immédiat, les chercheurs s’attendent à ce que les encres intelligentes soient utiles aux chimistes en matériaux, aux ingénieurs en impression 3D et à d’autres personnes intéressées à apporter des matériaux fonctionnels dans l’impression 3D.
https://phys.org/news/2018-04-smart-ink-dimensions-d.html
