22.04.2022 - Stanford University

Un nouveau type d'impression 3D

Des ingénieurs de Stanford et de Harvard ont jeté les bases d'un nouveau système d'impression 3D qui n'exige pas que l'objet soit imprimé de bas en haut

Si les techniques d'impression 3D ont considérablement progressé au cours de la dernière décennie, la technologie reste confrontée à une limite fondamentale : les objets doivent être construits couche par couche. Mais que se passerait-il s'ils n'avaient pas à l'être ?

Dan Congreve, professeur adjoint d'ingénierie électrique à Stanford et ancien membre du Rowland Institute de l'université de Harvard, et ses collègues ont mis au point un moyen d'imprimer des objets en 3D dans un volume stationnaire de résine. L'objet imprimé est entièrement soutenu par la résine épaisse - imaginez une figurine flottant au centre d'un bloc de Jell-O - et peut donc être ajouté sous n'importe quel angle. Il n'est donc plus nécessaire d'utiliser les structures de support généralement requises pour créer des modèles complexes avec des méthodes d'impression plus standard. Le nouveau système d'impression 3D, récemment publié dans Nature, pourrait faciliter l'impression de modèles de plus en plus complexes tout en économisant du temps et des matériaux.

"La possibilité de faire cette impression volumétrique vous permet d'imprimer des objets qui étaient auparavant très difficiles", a déclaré Congreve. "C'est une opportunité très excitante pour l'impression tridimensionnelle à l'avenir".

Imprimer avec la lumière

À première vue, la technique semble relativement simple : Les chercheurs ont focalisé un laser à travers une lentille et l'ont dirigé vers une résine gélatineuse qui durcit lorsqu'elle est exposée à la lumière bleue. Mais Congreve et ses collègues ne pouvaient pas se contenter d'utiliser un laser bleu - la résine durcirait sur toute la longueur du faisceau. Au lieu de cela, ils ont utilisé une lumière rouge et des nanomatériaux intelligemment conçus et dispersés dans la résine pour créer une lumière bleue uniquement au point focal précis du laser. En déplaçant le laser autour du récipient de résine, ils ont pu créer des impressions détaillées et sans support.

Le laboratoire de M. Congreve est spécialisé dans la conversion d'une longueur d'onde de lumière en une autre à l'aide d'une méthode appelée "upconversion par fusion de triplets". En plaçant les bonnes molécules à proximité les unes des autres, les chercheurs peuvent créer une chaîne de transferts d'énergie qui, par exemple, transforme des photons rouges à faible énergie en photons bleus à haute énergie.

"J'ai commencé à m'intéresser à cette technique d'upconversion à l'université", a déclaré M. Congreve. "Elle a toutes sortes d'applications intéressantes dans les domaines de l'énergie solaire, de la biologie et maintenant de l'impression 3D. Notre véritable spécialité réside dans les nanomatériaux eux-mêmes - leur ingénierie pour qu'ils émettent la bonne longueur d'onde de lumière, qu'ils l'émettent efficacement et qu'ils soient dispersés dans la résine."

Grâce à une série d'étapes (dont l'envoi de certains de leurs matériaux pour un tour dans un mixeur Vitamix), Congreve et ses collègues ont pu former les molécules de conversion ascendante nécessaires en gouttelettes nanométriques distinctes et les enrober d'une enveloppe protectrice en silice. Ils ont ensuite réparti les nanocapsules résultantes, dont chacune est 1000 fois plus petite que la largeur d'un cheveu humain, dans la résine.

"Trouver le moyen de rendre les nanocapsules robustes n'a pas été une mince affaire - une résine d'impression 3D est en fait assez dure", a déclaré Tracy Schloemer, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Congreve et l'un des principaux auteurs de l'article. "Et si ces nanocapsules commencent à se désagréger, votre capacité à faire de la conversion ascendante disparaît. Tout le contenu se répand et vous ne pouvez pas obtenir les collisions moléculaires dont vous avez besoin."

Prochaines étapes pour les nanocapsules de conversion de la lumière

Les chercheurs travaillent actuellement sur les moyens d'affiner leur technique d'impression 3D. Ils étudient la possibilité d'imprimer plusieurs points en même temps, ce qui accélérerait considérablement le processus, ainsi que d'imprimer à des résolutions plus élevées et à des échelles plus petites.

Le professeur Congreve explore également d'autres possibilités d'utilisation des nanocapsules d'upconversion. Elles pourraient contribuer à améliorer l'efficacité des panneaux solaires, par exemple, en convertissant la lumière de faible énergie inutilisable en longueurs d'onde que les cellules solaires peuvent capter. Elles pourraient aussi être utilisées pour aider les chercheurs à étudier plus précisément des modèles biologiques qui peuvent être déclenchés par la lumière ou même, à l'avenir, pour administrer des traitements localisés.

"On pourrait pénétrer dans les tissus avec de la lumière infrarouge, puis transformer cette lumière infrarouge en lumière à haute énergie grâce à cette technique d'upconversion pour, par exemple, déclencher une réaction chimique", a déclaré M. Congreve. "Notre capacité à contrôler les matériaux à l'échelle nanométrique nous donne beaucoup de possibilités vraiment cool pour résoudre des problèmes difficiles à aborder autrement."

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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