Une nouvelle imprimante 3D à base de lumière pourrait créer des outils de vaisseau spatial en apesanteur

Une nouvelle technique d’impression 3D promet de fabriquer des objets à l’aide de faisceaux de lumière, en aidant toutes sortes de professionnels, des zoologues aux personnes à bord de vaisseaux spatiaux qui doivent fabriquer des outils en apesanteur.

La technique, décrite dans un article publié jeudi dans le journal Science implique de faire briller des rayons lumineux sur un liquide jaune sensible à la lumière pour créer des objets solides. Voici comment cette nouvelle technique fonctionne: Les scientifiques créent un modèle 3D de l’objet qu’ils désirent, créent un film et utilisent un projecteur pour transmettre l’information dans un cylindre en rotation. La nature du liquide signifie que les utilisateurs peuvent envelopper d'autres objets dans de la résine; créer un manche de tournevis autour d'un morceau de métal en est un exemple.

Hayden Taylor, professeur adjoint de génie mécanique à l’Université de Californie et auteur principal d’un article, raconte Inverse que cette nouvelle technique d’impression 3D utilise le matériel existant mais utilise plus sophistiqué ses logiciels.

«L'appareil requis pour le nouveau processus est fondamentalement simple: il nécessite un vidéoprojecteur (qui pourrait être un projecteur standard) et un volume constamment en rotation du matériau photosensible», explique Taylor. La partie délicate, explique-t-il, concerne les calculs utilisés pour traduire le modèle 3D en une vidéo - mais même cela "peut être effectué avec un ordinateur personnel si nécessaire".

L’imprimante a été conçue en examinant des tomodensitométries, qui permettent aux médecins de rechercher des tumeurs en envoyant des ondes électromagnétiques dans le corps. L’équipe avait besoin de calculer la quantité de lumière à envoyer et à quel moment, alors que le cylindre était plein de résine. Lorsque la lumière frappe la résine, des molécules photosensibles épuisent l'oxygène dissous pour créer une structure solide. Les restes de matériau sont réutilisables pour d'autres projets et le procédé ne crée pratiquement aucun déchet.

Elle survient à un moment où l’impression 3D connaît une certaine renaissance, après le battage médiatique de masse autour de la région en 2013. Les chercheurs de l’Université de Columbia ont découvert un moyen de créer une impression 3D sur bois. Une autre équipe a montré comment Les chercheurs de l’Université du Michigan ont créé une méthode permettant d’imprimer des objets 100 fois plus rapidement qu’auparavant.

Les imprimantes 3D classiques ont tendance à fonctionner comme leurs homologues à base de papier, superposant le plastique ABS ou l’acide polylactique pour former progressivement des objets. Cette technique, connue sous le nom de modélisation par dépôt fondu, a tendance à produire des objets à grande vitesse mais avec une précision faible.

«Nous n'imprimons pas couche par couche, comme cela est traditionnel», explique Taylor. "Dans certains autres procédés, l'utilisation de couches risque d'introduire des vides ou des défauts internes et donne une surface non lisse, ce qui peut réduire la résistance ou rendre la résistance hautement directionnelle."

Une technique alternative, appelée stéréolithographie, utilisée par l’équipe de l’Université du Michigan, utilise un laser ultraviolet pour créer un objet en résine. Cela ressemble à la technique utilisée par l’équipe de Taylor - surnommée lithographie axiale calculée - mais il existe des différences intéressantes entre les techniques dans cette nouvelle ère de l'impression 3D.

«Nous ne dessinons pas le composant en ligne droite, mais faisons plutôt pivoter le volume d'impression par rapport à la source de lumière», explique Taylor. «Cela signifie que nous pouvons véritablement créer tous les points d’un objet 3D simultanément plutôt que de manière séquentielle.

“En outre, dans notre processus, il n'y a pas de mouvement de l'objet imprimé par rapport au matériau environnant pendant l'impression. C’est un aspect sans précédent de notre approche qui nous permet d’imprimer dans des matériaux extrêmement visqueux et d’éliminer les limitations de vitesse d’impression pouvant être imposées à d’autres processus par le flux de fluide. ”

Comment cette nouvelle technique pourrait être utilisée à bord de vaisseaux spatiaux

Cette technique pourrait même s'avérer bénéfique pour les astronautes dans l'espace. Taylor dit qu'il est «certainement concevable que des pièces fabriquées par lithographie axiale calculée puissent être utilisées dans l'espace», ajoutant que «je suppose que l'apesanteur pourrait en réalité être un avantage supplémentaire pour le processus».

Le principal problème lié à l’utilisation de CAL sur Terre est que l’objet peut s’enfoncer dans la résine au moment du rendu. L’équipe a conçu la résine de manière à ce que l’objet ne coule pas pendant le processus d’impression, quelle que soit la distance parcourue, mais le fait de travailler avec une gravité réduite pourrait rendre ce changement encore plus petit.

Si Elon Musk et ses semblables réalisent leur rêve d’envoyer des humains sur Mars et de créer une colonie, ils enverront peut-être leurs explorateurs sur la planète rouge avec un projecteur et une énorme cuve de résine, prêts à fabriquer leurs propres outils. Au moins, ils auraient quelque chose à utiliser pour regarder des films.

Lisez le résumé de l'article intitulé «Fabrication additive volumétrique par reconstruction tomographique» ci-dessous:

La fabrication additive promet une énorme liberté géométrique et le potentiel de combinaison de matériaux pour des fonctions complexes. Les limitations de vitesse, de géométrie et de qualité de surface des processus additifs sont liées à la dépendance vis-à-vis de la superposition de matériaux. Nous avons démontré l'impression simultanée de tous les points d'un objet tridimensionnel en éclairant un volume rotatif de matériau photosensible avec un motif lumineux en évolution dynamique. Nous imprimons des caractéristiques aussi petites que 0,3 mm dans les polymères acrylates techniques, ainsi que des structures molles avec des surfaces exceptionnellement lisses dans un hydrogel en méthacrylate de gélatine. Notre processus nous permet de construire des composants qui encapsulent d’autres objets solides préexistants, permettant ainsi une fabrication multi-matériaux. Nous avons développé des modèles pour décrire les capacités de résolution spatiale et de vitesse. Nous avons également démontré des temps d'impression de 30 à 120 secondes pour divers objets à l'échelle centimétrique.