Unir les forces : la micro-impression 3D à la vitesse de l'éclair avec deux lasers

Des structures de taille micrométrique en un clin d'œil

18.10.2022 - Allemagne

Imprimer des objets en plastique de manière précise, rapide et peu coûteuse est l'objectif de nombreux procédés d'impression 3D. Cependant, la vitesse et la haute résolution restent un défi technologique. Une équipe de recherche de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), de l'Université de Heidelberg et de l'Université de technologie du Queensland (QUT) a fait un grand pas vers la réalisation de cet objectif. Elle a mis au point un procédé d'impression laser capable d'imprimer des pièces de taille micrométrique en un clin d'œil. L'équipe internationale a publié ses travaux dans la revue Nature Photonics.

L'impression 3D par stéréolithographie est actuellement l'un des procédés de fabrication additive les plus populaires pour les matières plastiques, tant pour les applications privées qu'industrielles. En stéréolithographie, les couches d'un objet 3D sont projetées une par une dans un récipient rempli de résine. La résine est durcie par la lumière UV. Cependant, les méthodes de stéréolithographie précédentes sont lentes et ont une résolution trop faible. L'impression 3D par feuille lumineuse, utilisée par les chercheurs du KIT, est une alternative rapide et à haute résolution.

Impression 3D en deux couleurs et en deux étapes

Dans l'impression 3D par feuille lumineuse, une lumière bleue est projetée dans un récipient rempli d'une résine liquide. La lumière bleue préactive la résine. Dans un deuxième temps, un faisceau laser rouge fournit l'énergie supplémentaire nécessaire pour polymériser la résine. Cependant, l'impression 3D ne peut imprimer rapidement que des résines qui repassent rapidement de leur état pré-activé à leur état d'origine. Ce n'est qu'alors que la couche suivante peut être imprimée. Par conséquent, le temps de retour dicte le temps d'attente entre deux couches successives et donc la vitesse d'impression. "Pour la résine que nous avons utilisée, le temps de retour était inférieur à 100 microsecondes, ce qui permet des vitesses d'impression élevées", explique le premier auteur, Vincent Hahn, de l'Institut de physique appliquée (APH) du KIT.

Des structures de taille micrométrique en un clin d'œil

Pour tirer parti de cette nouvelle résine, les chercheurs ont construit une imprimante 3D spéciale. Dans cette imprimante, des diodes laser bleues sont utilisées pour projeter des images dans la résine liquide à l'aide d'un écran haute résolution avec une fréquence d'images élevée. Le laser rouge est formé en un mince faisceau de "feuille de lumière" et croise le faisceau bleu verticalement dans la résine. Grâce à ce dispositif, l'équipe a pu imprimer en 3D des pièces de taille micrométrique en quelques centaines de millisecondes, c'est-à-dire en un clin d'œil. Toutefois, elle ne devrait pas s'arrêter là : "Avec des résines plus sensibles, nous pourrions même utiliser des LED au lieu de lasers dans notre imprimante 3D", explique le professeur Martin Wegener de l'APH. "À terme, nous voulons imprimer des structures 3D de plusieurs centimètres, tout en conservant une résolution micrométrique et des vitesses d'impression élevées."

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Publication originale

V. Hahn, P. Rietz, F. Hermann, P. Müller, C. Barner-Kowollik, T. Schlöder, W. Wenzel, E. Blasco, and M. Wegener: Light-sheet three-dimensional microprinting via two-colour two-step absorption. Nature Photonics, 2022.

https://www.chemeurope.com/fr/news/1178129/unir-les-forces-la-micro-impression-3d-a-la-vitesse-de-l-eclair-avec-deux-lasers.html