Les scientifiques développent une nouvelle technique pour améliorer la qualité de la 3D

27 juillet 2023

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par TranSpread

Au cours de la dernière décennie, les technologies d’impression 3D ont connu des évolutions et des changements sans précédent. Ils permettent désormais de fabriquer rapidement des objets tridimensionnels à un coût complexe très compétitif. Cela rend les imprimantes 3D particulièrement attrayantes et pertinentes pour divers domaines, notamment l’industrie aérospatiale ou les dispositifs médicaux.

Jusqu'à récemment, le paradigme de l'impression 3D basée sur la lumière ou de la fabrication additive (FA) reposait principalement sur l'utilisation d'une cuve de résine photopolymère liquide. Un faisceau de lumière ultraviolette (UV) durcit la résine couche par couche, tandis qu'une plate-forme déplace l'objet fabriqué vers le bas après le durcissement de chaque nouvelle couche.

La lumière UV est soit scannée en trame pour solidifier la résine point par point, soit projetée sur la résine durcissant toute la couche en une seule fois. En raison de la nature couche par couche du processus d'impression, ces techniques de FA basées sur la lumière présentent des contraintes géométriques et des limitations de débit majeures.

Dans un nouvel article publié dans Light: Advanced Manufacturing, une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Christophe Moser de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne a développé une nouvelle technique pour améliorer la qualité des objets imprimés en 3D sans agrandir les motifs projetés.

Ces dernières années ont vu l’émergence de plusieurs technologies de fabrication additive entièrement volumétrique (VAM) qui s’éloignent de l’approche couche par couche.

La photopolymérisation à deux photons représente l’état de l’art de l’impression volumétrique avec la lumière. Il permet la fabrication d'objets à l'échelle microscopique avec une résolution latérale de 100 nm et une résolution axiale de 300 nm. Cependant, ce processus est lent, avec une vitesse d’impression de seulement 1 à 20 mm3/h et nécessite des sources laser femtosecondes coûteuses.

En fin de compte, la résolution optique de l’imprimante dicte la taille du voxel imprimé réalisable. En DLP et VAM tomographique, la résolution optique est déterminée au mieux par les caractéristiques du modulateur utilisé pour modeler la lumière, à savoir le DMD.

L'équipe de recherche a utilisé une puce DLP7000 de Texas Instruments qui possède sur sa surface Nx × Ny = 768 × 1 024 micro-miroirs disposés dans un réseau rectangulaire capable d'afficher des images 8 bits. L'image DMD est agrandie d'un facteur 1,66 dans le système optique de l'équipe. Le motif résultant sur le flacon mesure 1,74 cm × 2,33 cm avec une résolution de 23 μm.

La seule façon d'augmenter la taille des objets imprimés sans compromettre la résolution est de déplacer le DMD du flacon ou vice versa. L’équipe a proposé de déplacer l’échantillon autour du faisceau lumineux avec une trajectoire hélicoïdale. Ils ont montré que la taille latérale imprimable pouvait être doublée sans compromettre la résolution en décentrant l'axe optique par rapport à l'axe de rotation de la cuve de photorésine.

Ensemble, ces deux astuces augmentent le nombre de blocs de construction à l'intérieur du flacon d'un facteur allant jusqu'à 12. Les voxels imprimés disponibles sont utilisés pour imprimer des objets plus grands jusqu'à 3 cm × 3 cm × 5 cm en quelques minutes.