Les chercheurs de Virginia Tech ont surmonté certaines limites de longue date de l’impression 3D grâce à des recherches interdisciplinaires en chimie et en génie mécanique.
Dans le but de débloquer la capacité d’imprimer une variété de matériaux élastiques aux formes géométriques complexes, les chercheurs ont modifié chimiquement les latex liquides pour les rendre imprimables et ont construit une imprimante 3D personnalisée avec un système de vision par ordinateur intégré pour imprimer les caractéristiques précises et à haute résolution de ce matériau à haute performance.
Un regard approfondi sur les latex liquides commerciaux
Après des tentatives infructueuses de synthèse d’un matériau qui offrirait le poids moléculaire et les propriétés mécaniques idéales, Phil Scott, étudiant en cinquième année de sciences macromoléculaires et d’ingénierie au sein du Long Research Group, s’est tourné vers les latex liquides commerciaux.
Les chercheurs ont finalement voulu ce matériau sous une forme solide imprimée en 3D, mais Scott a d’abord dû augmenter la composition chimique pour lui permettre de s’imprimer.
Scott s’est heurté à un défi fondamental : le latex liquide est extrêmement fragile et difficile à modifier pour les chimistes.
L’idée des chimistes était donc de faire construire par Scott un échafaudage, similaire à ceux utilisés dans la construction de bâtiments, autour des particules de latex pour les maintenir en place. De cette façon, le latex pourrait conserver sa grande structure, et Scott pourrait ajouter des photo-initiateurs et d’autres composés au latex pour permettre l’impression en 3D avec de la lumière ultraviolette (UV).
« Lors de la conception de l’échafaudage, la plus grande chose dont vous devez vous préoccuper est la stabilité de tout », a déclaré Scott. « Il a fallu beaucoup de lecture, même des choses aussi élémentaires que d’apprendre pourquoi les colloïdes sont stables et comment fonctionne la stabilité des colloïdes, mais c’était un défi vraiment amusant ».
Pour imprimer correctement la résine, l’équipe a construit sa propre imprimante 3D basée sur le procédé de photopolymérisation en cuve. Cependant, pour éviter d’imprimer des pièces imprécises, ils ont intégré un appareil photo à l’imprimante pour capturer une image de chaque cuve de résine de latex. Grâce à son algorithme personnalisé, la machine est capable de « voir » l’interaction de la lumière UV sur la surface de la résine, puis d’ajuster automatiquement les paramètres d’impression pour corriger la diffusion de la résine afin de durcir exactement la forme voulue.
Les chercheurs ont déclaré que le latex imprimé en 3-D fournit le cadre conceptuel pour l’impression d’une gamme de matériaux sans précédent, allant des plastiques rigides aux caoutchoucs souples, qui étaient jusqu’à présent inimprimables.
« Ma philosophie est que ce type d’innovation n’est possible que si vous vous associez à des personnes très différentes de vous », a déclaré l’un des chercheurs nommé Long.
« Ce qui a été si excitant dans cette découverte avec le groupe de Tim, c’est de pouvoir repousser les limites de ce que nous pensions être les limites de la performance d’un imprimé », a conclu un autre.
Ce projet est une collaboration entre Virginia Tech et Michelin Amérique du Nord par le biais d’une bourse de la National Science Foundation, en accord avec le programme Grant Opportunities for Academic Liaison with Industry. Les premiers résultats ont été publiés dans un article de journal paru dans ACS Applied Materials & Interfaces.
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