Encre recyclable pour l'impression 3D
Une encre à base d'eau dérivée de déchets industriels pourrait permettre une fabrication circulaire et économe en énergie
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Des chercheurs du Helmholtz-Zentrum Hereon ont récemment présenté une encre entièrement recyclable pour l'impression 3D, fabriquée à partir d'un sous-produit industriel abondant, la lignine. Cette encre, présentée dans un article publié dans le Journal ACS Sustainable Chemistry & Engineering, pourrait remplacer les matériaux d'origine fossile actuellement utilisés pour imprimer divers biens de consommation, prototypes de produits et composants technologiques. Ses propriétés uniques permettent d'imprimer des objets avec une excellente résolution, une stabilité de forme à des températures allant jusqu'à 200 °C, et de les recycler grâce à un processus de réhydratation.
Les méthodes de fabrication additive (AM), telles que l'impression 3D, permettent de réaliser des objets aux propriétés géométriques différentes, en ajoutant des matériaux couche par couche pour reproduire physiquement un modèle numérique. Ces méthodes sont désormais largement utilisées pour créer rapidement des prototypes de produits, ainsi que des composants pour les véhicules, les biens de consommation et les technologies médicales. Une technique d'AM particulièrement efficace, appelée écriture directe à l'encre (DIW), consiste à imprimer en 3D des objets à température ambiante à l'aide d'encres de différentes formulations.
La plupart de ces encres sont basées sur des polymères d'origine fossile, des matériaux qui ne sont ni recyclables ni biodégradables. Les encres dérivées de la lignine, récemment introduites, pourraient constituer une alternative plus durable. Cependant, elles doivent généralement être traitées à haute température ou subir des processus de liaison chimique permanente pour pouvoir être utilisées de manière fiable pour l'impression 3D. Cela les empêche d'être réutilisées après l'impression des objets, ce qui limite leur durabilité.
Vers une impression 3D durable
L'équipe de l'Institut des matériaux fonctionnels pour la durabilité de Hereon a été inspirée par l'idée que les matériaux durables ne devraient pas être un compromis et pourraient être les principaux composants structurels des encres pour l'impression 3D. "Nous voulions démontrer que les matériaux dérivés de déchets comme la lignine peuvent répondre aux exigences techniques de l'impression 3D moderne tout en améliorant la durabilité", explique le Dr Maria Balk, l'un des principaux auteurs de l'article. "Pour ce faire, nous avons transformé un déchet industriel en une encre d'impression 3D à base d'eau qui peut être entièrement recyclée simplement en y ajoutant de l'eau".
Le professeur Francesca Toma, auteur correspondant du manuscrit, souligne le contexte plus large : "Les flux de déchets industriels représentent une opportunité inexploitée. La lignine est l'un des composants les plus abondants du bois, mais elle est largement sous-utilisée. La transformer en un matériau entièrement recyclable montre comment les déchets peuvent stimuler l'innovation dans une industrie qui a un besoin urgent de solutions durables." Environ 70 % de l'encre imprimable créée par le Dr Balk et ses collègues est constituée de lignine. La lignine est produite au cours des processus de fabrication du papier ou peut être directement extraite de la biomasse. Alors qu'elle est généralement traitée comme un déchet, les chercheurs l'ont utilisée pour créer leur encre recyclable pour l'impression 3D.
Une recyclabilité totale pour une fabrication circulaire
La nouvelle encre s'écoule facilement à travers les buses des imprimantes 3D lorsqu'elle est soumise à une pression et reprend rapidement sa force après l'impression. Contrairement à la plupart des encres à base de lignine introduites par le passé, elle se solidifie pour créer les objets souhaités sans nécessiter de traitement chimique ou thermique. "L'une des découvertes les plus intéressantes est que les objets imprimés peuvent être recyclés plusieurs fois par réhydratation sans perdre leurs performances", explique le Dr Balk. "C'est encore très rare dans la fabrication additive et cela pourrait ouvrir une voie réaliste vers la fabrication circulaire dans l'impression 3D, où les matériaux peuvent être réutilisés au lieu d'être jetés, ce qui réduit considérablement les déchets et les émissions de CO2."
Les efforts récents de ces scientifiques pourraient ouvrir de nouvelles possibilités pour l'impression 3D durable d'une large gamme d'objets, y compris des prototypes de produits personnalisés et des composants pour diverses technologies. L'encre recyclable de l'équipe pourrait bientôt être améliorée et testée plus avant afin de faciliter sa commercialisation future. "Nous souhaitons maintenant étendre le processus et explorer les applications réelles, en particulier dans les domaines où le traitement à faible consommation d'énergie et la recyclabilité sont essentiels", ajoute M. Balk.
Une recherche de pointe pour un monde en mutation
La recherche scientifique du Helmholtz-Zentrum Hereon vise à préserver un monde digne d'être vécu. À cette fin, environ 1000 employés génèrent des connaissances et recherchent de nouvelles technologies pour une plus grande résilience et durabilité - au bénéfice du climat, de la côte et des personnes. Le chemin qui mène de l'idée à l'innovation passe par une interaction continue entre les études expérimentales, la modélisation et l'IA jusqu'aux jumeaux numériques qui cartographient les divers paramètres du climat et de la côte ou de la biologie humaine dans l'ordinateur. Il s'agit d'une approche interdisciplinaire qui va de la compréhension scientifique fondamentale des systèmes complexes aux scénarios et aux applications pratiques. En tant que membre actif de réseaux de recherche nationaux et internationaux et de l'association Helmholtz, Hereon aide la politique, les entreprises et la société à façonner un avenir durable en transférant l'expertise qu'elle a acquise.
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.
Publication originale
Maria Balk, Michael Schroeter, Eduardo da Conceição, Nicole Schneider, Matthias Heuchel, Yvonne Pieper, Susanne Schwanz, Navid Khani, Hanin Alkhamis, Katarzyna Polak-Kraśna, Axel T. Neffe, Francesca M. Toma; "Room-Temperature, Aqueous-Based 3D Printing of Fully Recyclable Wood-like Inks from Upcycled Lignin"; ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2026-2-11
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