Imprimer en trois dimensions dans de la résine opaque

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Un Yoda miniature imprimé en quelque secondes. © 2022 EPFL

Un Yoda miniature imprimé en quelque secondes. © 2022 EPFL

Des chercheurs ont réussi à imprimer avec de la lumière des objets en trois dimensions dans de la résine opaque en quelques dizaines de secondes. Ces résultats pourront servir le domaine biomédical avec la création d’artères artificielles, par exemple.

En 2017, les scientifiques du laboratoire de dispositifs photoniques appliqués de l’EPFL ont confectionné une imprimante 3D qui crée des objets de manière instantanée. Cinq ans plus tard, ils ont amélioré leur machine ainsi que leur méthode de fabrication et sont désormais capables d’imprimer dans des résines opaques, ce qui n’était pas le cas jusqu’à présent.

Un Yoda miniature

L’imprimante 3D conçue à l’EPFL est l’une des plus rapides du monde. Les imprimantes classiques recourent à un processus d’impression couche par couche tandis que celle de l’EPFL utilise le concept d’impression volumétrique. « On met de la résine dans un récipient que l’on fait tourner sur lui-même. Puis, on projette de la lumière sous différents angles, ce qui conduit à la solidification de la résine uniquement là où l’énergie accumulée dépasse un certain seuil. Cette technique s’avère très précise et peut façonner des objets d’une résolution équivalente aux méthodes d’impression actuelles », explique Christophe Moser, professeur. Les scientifiques peuvent confectionner n’importe quelle forme, ils se sont même amusés à fabriquer un Yoda miniature. À titre d’exemple, il leur a fallu seulement 20 secondes pour solidifier l’objet contre une dizaine de minutes avec une imprimante 3D classique.

La lumière solidifie la matière

Afin que la lumière fabrique l’objet voulu, elle doit interagir avec une molécule photosensible présente dans la résine et qui initie sa solidification. « Pour que le processus fonctionne, la lumière doit traverser la résine en ligne droite sans être déviée. Nous avons jusqu’à présent toujours utilisé de la résine transparente, mais nous souhaitions aussi être capables d’imprimer dans des résines opaques, utilisées dans le domaine biomédical », explique Antoine Boniface, post doctorant.

Mais, en employant de la résine opaque avec les techniques d’impression volumétrique, la propagation de la lumière est perturbée et la dose d’énergie résultante ne permet plus d’imprimer l’objet voulu. « Nous constatons une perte de résolution importante. Nous avons dès lors voulu chercher une méthode pour imprimer avec de la résine opaque sans perdre les atouts de notre imprimante » indique Jorge Madrid-Wolff, doctorant.

Réévaluer les calculs

La technique mise en oeuvre par les scientifiques s’avère plutôt simple. Ils ont observé la trajectoire de la lumière dans la résine à l’aide d’une caméra et ont compensé la distorsion par des calculs sur ordinateur. Ils ont ensuite implémenté sur l’imprimante la correction de la lumière envoyée. Ceci permet à cette dernière d’atteindre la bonne dose d’énergie lumineuse dans la résine et de créer l’objet. En réévaluant les calculs, les chercheurs sont alors capables d’imprimer des objets avec un degré de précision quasiment équivalent entre une résine transparente et opaque. Ce qui n’était pas le cas avant.

Ces résultats se montrent utiles pour fabriquer des objets en trois dimensions destinés à la biologie tels que des artères artificielles. À l’avenir, les chercheurs souhaitent aussi trouver un moyen d’imprimer dans plusieurs matériaux en même temps et de pousser la résolution de l’impression du dixième de millimètre au micromètre.

La recherche est publiée dans la revue Advanced Science et a été réalisée au sein de la faculté des sciences et techniques de l’ingénieur de l’EPFL.

References

J. Madrid-Wolff, A.Boniface, D. Loterie, P. Delrot, C. Moser, Controlling Light in Scattering Materials for Volumetric Additive Manufacturing. Adv. Sci. 2022, 2105144.


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