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Jun 14, 2023

Une façon gluante d'imprimer des plastiques en 3D

L'utilisation de plastiques pour la production de masse trouve ses racines dans les années 1860 et John

L'utilisation des plastiques pour la production de masse remonte aux années 1860 et à John Wesley Hyatt, un imprimeur d'Albany, New York. Hyatt répondait à l'offre d'une récompense de 10 000 $ à quiconque pouvait trouver une autre façon de fabriquer des boules de billard - qui étaient, à l'époque, taillées dans de l'ivoire, une denrée devenant rare. Sa solution consistait à les former en pompant un plastique synthétique fondu appelé celluloïd dans un moule.

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Bien que Hyatt semble n'avoir jamais reçu le prix, le procédé qu'il a inventé, le moulage par injection, est devenu le mode de fabrication de la plupart des articles en plastique. Du moins, ils l'étaient jusqu'à l'émergence au début des années 1980 de la fabrication additive, connue sous le nom d'impression 3D. Les machines capables d'imprimer des objets en plastique sont devenues de plus en plus performantes, produisant des objets allant des jouets aux implants médicaux, en passant par des composants pour voitures, drones et avions.

Une autre avancée est en train de se faire. bcn3d Technologies, un producteur espagnol d'imprimantes 3d, a développé une nouvelle forme d'impression plastique qu'il appelle fabrication de lithographie visqueuse (vlm). Sur les 500 premières entreprises qui seraient désireuses d'essayer l'idée, bcn3d a réduit le nombre à 20 grands fabricants de secteurs tels que la construction automobile, l'électronique et l'ingénierie. Ceux-ci travaillent actuellement sur des applications potentielles au siège de l'entreprise à Barcelone. Le plan est qu'au début de l'année prochaine, ils installeront des machines vlm dans leurs usines du monde entier avant que les imprimantes ne soient mises en vente en 2024.

Les imprimantes 3D peuvent fabriquer des objets en plastique de plusieurs façons. Une technique largement utilisée implique une tête d'extrusion traçant des lignes de polymère fondu sur une plaque dite de construction. Une fois la première couche terminée, la plaque descend un peu, une deuxième couche est ajoutée au-dessus de la première, et ainsi de suite. Des machines plus récentes projettent un motif de lumière ultraviolette (uv) dans une cuve de résine liquide photosensible pour durcir et solidifier les couches nécessaires à la création d'un objet. Une plaque de construction tire ensuite régulièrement l'objet hors de la cuve.

C'est cette deuxième approche sur laquelle vlm s'appuie, pour ainsi dire, bien que le processus fonctionne plus comme une sérigraphie à l'envers. La machine se compose d'une paire de réservoirs de résine liquide, un de chaque côté d'une plaque de construction. Au-dessus de tout cela se trouve un écran transparent qui va et vient. Lorsqu'un côté de l'écran est au-dessus d'un réservoir, un rouleau enduit son dessous d'un mince film de résine. En même temps, le côté adjacent de l'écran, ayant déjà été enduit au niveau du deuxième réservoir, est positionné sur la plaque de construction.

La plaque remonte alors pour entrer en contact avec le film de résine sur cette partie de l'écran. Un motif de lumière UV provenant d'un écran lcd est projeté à travers l'écran par le haut pour durcir la résine dans des zones particulières, permettant à une couche complète d'être solidifiée en une seule fois. Lorsque la plaque de construction est abaissée, elle décolle cette couche. La partie épluchée de l'écran glisse ensuite vers son réservoir, où toute résine inutilisée est récupérée pour être réutilisée, et l'autre côté nouvellement revêtu de l'écran est soumis au même processus de durcissement et de pelage aux UV. Et ainsi le processus continue, d'avant en arrière, jusqu'à ce que l'objet soit complet.

L'un des avantages de l'impression en résine est qu'elle produit des pièces en plastique finement détaillées et de haute qualité. Un inconvénient est qu'ils peuvent être cassants. Il est possible de mélanger des matériaux supplémentaires dans des résines, pour améliorer la résistance, par exemple, ou pour ajouter de la flexibilité. Mais, un peu comme ajouter plus d'ingrédients à un gâteau, cela épaissit le mélange, ce qui peut rendre la résine difficile à imprimer. Le procédé vlm, cependant, peut y faire face car, comme l'explique Eric Pallarés, directeur technique de l'entreprise, il est conçu dès le départ pour utiliser des résines beaucoup plus épaisses.

Les deux réservoirs peuvent également être remplis de résines différentes, permettant une construction plus complexe. Cela permettrait, par exemple, d'ajouter une surface douce au toucher à un interrupteur rigide. La résistance pourrait être obtenue en mélangeant des matériaux de remplissage fabriqués à partir des restes déchiquetés d'objets précédemment imprimés. Alternativement, un matériau soluble pourrait être imprimé, pour soutenir les structures délicates lors de la construction, et ces supports pourraient ensuite être emportés. À l'heure actuelle, les structures de support doivent souvent être ajoutées et retirées laborieusement, à la main.

Jusqu'à présent, vlm s'est avéré environ dix fois plus rapide à fabriquer des choses que la plupart des autres formes d'impression plastique, affirme M. Pallarés. Et la taille des objets qui peuvent être produits n'est limitée que par la taille du lcd utilisé pour projeter l'image de chaque couche. Comme avec la plupart des imprimantes 3D, y compris celles qui utilisent différents procédés pour imprimer les métaux, vlm est capable de fabriquer des structures complexes difficiles ou impossibles à fabriquer avec des méthodes de production conventionnelles telles que le moulage par injection.

Le moulage par injection n'est pas non plus rentable lorsqu'il s'agit de produire de petits volumes, car les moules de précision dont il a besoin peuvent coûter plusieurs centaines de milliers de dollars à fabriquer. Cela n'a pas d'importance si ces moules sont utilisés pour fabriquer un grand nombre de choses, mais pour de petits lots, le coût est prohibitif.

La fabrication additive, cependant, prospère sur de faibles volumes de production, car les imprimantes 3D fonctionnent sur un logiciel, qui est plus facile et moins cher à changer que les moules physiques. Lorsqu'il s'agit de fabriquer des millions de choses en plastique bon marché et gaies, l'invention de Hyatt est susceptible de conserver son avantage pendant un certain temps. Pour plus d'articles sur mesure, la fabrication additive ne fait que s'améliorer. ■

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Cet article est paru dans la section Science et technologie de l'édition imprimée sous le titre "Gooey goings on"

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