Comment l’évolution des matériaux fait-elle progresser l'impression 3D ?

Aujourd’hui, les étudiants de l’Institut d’Anthropologie de l’Université de Zurich utilisent les imprimantes 3D de Stratasys pour étudier les fragments d’un crâne de nourrisson néandertalien. Pour réduire la manipulation des fossiles fragiles, les élèves les ont scannés, puis ont reproduit des modèles imprimés en 3D qui résistent à une forte manipulation et qui les aident à reproduire le crâne du nourrisson.

L’impression tridimensionnelle – en particulier les matériaux utilisés – a connu sa propre évolution depuis l’époque de la grenouille imprimée par notre fondateur.

Les utilisateurs d’aujourd’hui peuvent choisir parmi une grande variété de matériaux d’impression répondant à leurs besoins spécifiques. Plusieurs types de photopolymères PolyJet sont de qualité biomédicale. Ils conviennent pour une utilisation dans des dispositifs médicaux. Certains peuvent simuler des plastiques ABS standard. D’autres conservent leurs dimensions à très haute température en simulant les performances thermiques des plastiques d’ingénierie. Puis, il y a les matériaux qui ont des qualités de caoutchouc. Il y en a qui peuvent même simuler le polypropylène pour résister à la tension des charnières, des fermetures et des pièces à encliquetage.

Ensuite, il y a les matériaux numériques. Ils sont le résultat de la combinaison de deux ou trois photopolymères PolyJet dans des concentrations et des microstructures spécifiques afin de créer un matériau composite avec des caractéristiques hybrides.

De nombreux matériaux en un

L’évolution de l’impression 3D des formes complexes a progressé lorsque Stratasys a lancé ses imprimantes multi-matériaux – J750, Objet500, Objet350 – qui peuvent imprimer avec différents matériaux en même temps et en plusieurs couleurs.

Ceux qui opèrent dans le milieu industriel sont d’accord pour dire que l’impression de différents matériaux doit se faire de façon spécifique en tenant compte de facteurs tels que la pression et la température. Ainsi, imprimer quelque chose de complexe impliquait habituellement d’imprimer toutes les pièces séparément et de les assembler à la main.

Mais, ces imprimantes multi-matériaux peuvent imprimer des objets compliqués qui combinent différents matériaux pour constituer les différentes parties de l’objet avec différentes propriétés. La J750, par exemple, crée des prototypes de produits entiers en couleurs avec plusieurs matériaux, textures et dégradés en quelques heures seulement.

Cela crée de nouvelles possibilités grâce à la capacité de construire des objets qui ont été difficiles, voire impossibles à imprimer.

La possibilité d’imprimer en même temps des matériaux ayant des propriétés différentes a déjà aidé des concepteurs et fabricants de produits dans de nombreux secteurs : de l’éducation à l’électronique grand public, en passant par l’impression médicale. Avec beaucoup plus à venir. Peut-être des objets dont nous n’avons même pas encore rêvé.

En attendant, regardons comment ces matériaux sont déjà déployés dans quelques industries :

Secteur médical

En attendant de se former aux nouvelles procédures, les médecins chez Jacobs Institute utilisent des modèles 3D de patients victimes d’AVC, de caillots, d’anévrisme ou d’autres pathologies pour développer leurs compétences chirurgicales dans un environnement sans risque. Les modèles sont personnalisés pour présenter les différentes anatomies humaines de sorte que les participants soient exposés aux limites de ce qu’ils verront lorsqu’ils traiteront des patients vivants.

« Nous utilisons la technologie et les matériaux d’impression 3D pour créer un environnement vasculaire réaliste qui ne serait pas réalisable autrement », a déclaré Mike Springer, directeur des opérations et de l’entreprenariat à l’Institut Jacobs.

L’imprimante J750, avec ses différents matériaux et couleurs, fournit aux médecins et chercheurs les outils nécessaires pour créer des modèles d’anatomie adaptés au patient et aux circonstances dans le cadre de l’enseignement et de la recherche.

Les modèles imprimés en 3D peuvent imiter une large gamme de tissus de façon plus réaliste que les cadavres, qui ne conservent plus la sensation du tissu vivant. Les modèles peuvent intégrer des points d’accès, des capteurs et des simulations de flux sanguin, pour permettre un exercice hautement dynamique et interactif. Des complications peuvent être intégrées dans le modèle pour s’assurer que la première fois qu’un médecin fait face à un défi complexe, ce n’est pas avec un patient sur la table d’opération.

Là où le caoutchouc rencontre la route

Entre temps, le laboratoire de prototypage de Trek Bicycle à Waterloo, Wisconsin, a été parmi les premiers à adopter l’imprimante 3D multimatériaux Objet500 Connex3. Le mélange de matériaux les aide à créer des prototypes qui ressemblent et se sentent comme des pièces finies. Et ils ont plus de choix de matériaux à portée de main qu’auparavant. Le système construit des pièces en couleurs avec des composants transparents, teintés et flexibles en une seule opération.

Plus précisément, les ingénieurs de Trek ont adopté la capacité à intégrer des composants en caoutchouc souple dans des modèles construits à partir de leur matériau de prototypage préféré, le Digital ABS durable. Ceci est très important, car de nombreuses pièces et des accessoires pour vélos contiennent des composants rigides et souples. Avant Connex3, le laboratoire avait dû construire ces pièces séparément, en échangeant les matériaux d’impression 3D entre eux, puis en collant les composants. Ou encore, pour pouvoir imprimer en une seule opération, rétrograder les parties rigides à un matériau moins durable et non composite, a déclaré le technicien ingénierie Guadalupe Ollarzabal.

En ce qui concerne les matériaux utilisés pour l’impression 3D et l’éventail de possibilités qu’ils offrent, ce n’est que le début. Restez attentif aux produits et aux capacités à venir.

Publié le 5 Mars 2018