Une équipe de chercheurs du Georgia Institute of Technology et de deux autres institutions a développé une nouvelle méthode d’impression 3D pour créer des objets qui peuvent se transformer en permanence en différentes formes en fonction de la chaleur.
L’équipe, qui comprenait des chercheurs de l’Université de Technologie et de Design de Singapour (SUTD) et de l’Université Xi’an Jiaotong en Chine, a créé les objets en imprimant des couches de polymères à mémoire de forme avec chaque couche conçue pour répondre différemment lorsqu’on les expose à la chaleur.
«Cette nouvelle approche simplifie considérablement et augmente le potentiel de l’impression 4D en intégrant l’étape de post-traitement de la programmation mécanique directement dans le processus d’impression en 3D», a déclaré Jerry Qi, professeur à l’École de génie mécanique George W. Woodruff Chez Georgia Tech. « Cela permet aux composants imprimés en 3D à haute résolution d’être conçus par simulation informatique, imprimés en 3D, puis transformés directement et rapidement en de nouvelles configurations permanentes en les chauffant simplement ».
La recherche a été rapportée le 12 avril dans la revue Science Advances, une publication de l’Association américaine pour l’avancement des sciences. Le travail est financé par le Bureau de la recherche scientifique de la Force aérienne des États-Unis, la Fondation nationale des sciences des États-Unis et la Fondation nationale de recherche de Singapour par le biais du Centre SUTD DManD.
Leur développement des nouveaux objets imprimés en 3D suit les travaux antérieurs que l’équipe avait faits en utilisant des polymères à mémoire de forme intelligente (SMP), qui ont la capacité de se rappeler d’une forme et de passer à une autre forme programmée lorsqu’une chaleur uniforme est appliquée, pour fabriquer des objets qui pourraient se plier le long de charnières.
«L’approche permet de réaliser des économies de temps d’impression et de matériaux jusqu’à 90 %, tout en éliminant complètement la programmation mécanique chronophage du processus de conception et de fabrication», a déclaré Jerry Qi.
Pour démontrer les capacités du nouveau processus, l’équipe a fabriqué plusieurs objets qui pourraient se plier ou se dilater rapidement lorsqu’ils sont plongés dans de l’eau chaude – y compris un modèle de fleur dont les pétales se courbent comme une véritable marguerite répondant à la lumière du soleil et un objet en treillis qui pourrait augmenter de près de huit fois sa taille d’origine.
« Nos matériaux composites à température ambiante ont un matériau qui est souple mais qui peut être programmé pour retenir une contrainte interne, tandis que l’autre matériau est rigide », a déclaré Zhen Ding, un chercheur post-docteur à l’Université de technologie et de design de Singapour. « Nous utilisons des simulations informatiques pour concevoir des composants composites où le matériau rigide a une forme et une taille qui empêchent la libération de la contrainte interne programmée du matériau souple après l’impression 3D. Lors du chauffage, le matériau rigide s’atténue et permet au matériau souple de libérer sa contrainte et cela entraîne une modification – souvent énorme – de la forme du produit « .
Les nouveaux objets 4D pourraient permettre une gamme de nouvelles fonctionnalités du produit, par exemple en permettant la mise en plat ou l’enroulement des produits pouvant être empilés et ensuite étendus une fois leur utilisation, ont indiqué les chercheurs. Finalement, la technologie pourrait permettre aux composants de répondre à des stimuli tels que la température, l’humidité ou la lumière d’une manière précisément programmée pour créer des structures spatiales, des dispositifs médicaux qui se déploient, des robots, des jouets et des autres structures.
« L’avancée clé de ce travail est une méthode d’impression 4D qui est considérablement simplifiée et permet la création de produits reprogrammabes 3D complexes à haute résolution », a déclaré Martin L. Dunn, professeur à l’Université de Technologie et de Design de Singapour qui est également directeur du Centre de fabrication et de conception numérique SUTD. « Cela promet d’activer de nombreuses applications à travers les appareils biomédicaux, l’électronique 3D et les produits de consommation. Cela ouvre même la porte à un nouveau paradigme dans la conception de produits, où les composants sont conçus dès le début pour permettre de multiples configurations pendant leur usage.
http://www.rh.gatech.edu/news/590305/new-3-d-printing-method-creates-shape-shifting-objects
