Monde de la physique : impression 3D avec ultrasons

Des appareils auditifs aux bijoux conçus par vous-même, l’impression 3D est très répandue de nos jours. L’objet imprimé est généralement créé couche par couche sur une surface. En revanche, une nouvelle méthode permet aux objets fabriqués à partir d’encre plastique de durcir directement en trois dimensions : grâce aux ultrasons. Les chercheurs ont maintenant utilisé ce processus pour imprimer des structures rapidement et précisément, même en profondeur sous d’autres objets, comme ils le rapportent dans la revue « Science ».

Pour imprimer un objet, l’encre liquide doit d’abord atteindre l’endroit souhaité et y durcir. Il s’agit souvent de fils de plastique qui sont appliqués sur une surface comme avec un pistolet à colle chaude et qui se solidifient en refroidissant. La pièce est créée en couches. Dans d’autres procédés, de l’encre plastique transparente est utilisée et de la lumière est irradiée dessus, par exemple des ultraviolets ou des infrarouges. Cela le fait durcir pour devenir un plastique solide. Cependant, ce procédé présente un inconvénient majeur : l’encre disperse et absorbe la lumière incidente, de sorte que toutes les formes ne peuvent pas être imprimées – surtout pas dans les endroits où aucune lumière n’atteint.

Un procédé plus récent peut aider : l’impression par ultrasons. Les ondes ultrasoniques peuvent être focalisées de la même manière que la lumière. Contrairement aux ondes lumineuses, elles pénètrent plus profondément dans le matériau et permettent à l’encre de durcir dans la position souhaitée, par exemple dans le corps humain. Les ondes sonores exercent alternativement plus ou moins de pression sur l’encre. Les éléments constitutifs de l’encre liquide commencent alors à bouger fortement et à chauffer. Des composés réactifs à l’oxygène sont également créés, qui garantissent que l’encre durcit en quelques secondes.

Structures 3D précises jusqu’à trente centimètres de profondeur

Xiao Kuang et son équipe de la Hardvard Medical School se sont appuyés sur cette méthode pour imprimer des structures avec une encre plastique épaisse. Il est constitué de diacrylate de polyéthylène glycol – PEGDA en abrégé – auquel ils ont ajouté d’autres composants pour qu’il durcisse mieux. Ils l’ont utilisé pour former des pièces délicates qui ont été solidifiées par les ondes ultrasonores : par exemple, de petites roues ou un modèle de main et un système de vaisseaux sanguins ramifiés. En fonction de la fréquence sonore, ils ont même pu imprimer de telles structures à environ trois à trente centimètres de profondeur sous une surface, avec une précision millimétrique. Cela leur a permis d’imprimer des structures plus nettes que celles obtenues avec les encres précédentes.

À l’avenir, la nouvelle procédure pourrait améliorer la médecine mini-invasive : d’abord, de l’encre est injectée, qui peut ensuite être utilisée pour imprimer des implants dans la position souhaitée. Mais avant que cela se produise, de nombreux tests supplémentaires sont nécessaires.