Révolutionner l'ingénierie biomédicale :impression 4D de matériaux électromécaniques intelligents

Université Carlos III de Madrid, Espagne

Une nouvelle imprimante intelligente permet la fabrication de matériaux souples multifonctionnels en adaptant en permanence les paramètres d'extrusion. Combinant des méthodes expérimentales et informatiques, elle imprime des matériaux conducteurs et magnéto-actifs dotés de propriétés mécaniques qui imitent les tissus biologiques. (Image : UC3M)

Des chercheurs de l'Université Carlos III de Madrid (UC3M) ont créé un logiciel et du matériel pour une imprimante 4D ayant des applications dans le domaine biomédical. En plus de l'impression 3D, cette machine permet de contrôler des fonctions supplémentaires :programmer la réponse du matériau de manière à ce qu'un changement de forme se produise sous un champ magnétique externe, ou que des changements dans ses propriétés électriques se développent sous une déformation mécanique.

Cette ligne de recherche se concentre sur le développement de structures souples multifonctionnelles, constituées de matériaux aux propriétés mécaniques imitant les tissus biologiques tels que le cerveau ou la peau. De plus, ils peuvent changer de forme ou de propriétés lorsqu'ils sont actionnés par des stimuli externes, tels que des champs magnétiques ou des courants électriques.

Jusqu'à présent, cette équipe de chercheurs avait réalisé plusieurs avancées dans la conception et la fabrication de ces structures, mais elles étaient très limitées en termes de conception de forme et de programmation de réponses intelligentes. Les travaux présentés dans leur dernière étude, publiée dans la revue Advanced Materials Technologies, leur a permis d'ouvrir de nouvelles possibilités en développant une nouvelle méthodologie d'impression 4D.

"Cette technologie nous permet non seulement de contrôler la façon dont nous imprimons des structures tridimensionnelles, mais aussi de leur donner la possibilité de changer leurs propriétés ou leur géométrie en réponse à l'action de champs magnétiques externes, ou la possibilité de modifier leurs propriétés électriques lorsqu'elles se déforment", a expliqué l'un des chercheurs, Daniel García González, responsable du projet ERC 4D-BIOMAP (GA 947723) et professeur agrégé au département de mécanique des continus et de théorie des structures de l'UC3M.

Ce type d'impression est complexe puisque le matériau à extruder passe du liquide au solide au cours du processus d'impression. Il est donc nécessaire de comprendre la dynamique des matériaux pour adapter le procédé de fabrication et obtenir un matériau suffisamment liquide lorsqu'il passe à travers la buse de l'imprimante mais suffisamment solide pour conserver une forme spécifique.

À cette fin, ils ont développé une méthodologie interdisciplinaire qui combine des techniques théoriques et expérimentales leur permettant de construire le dispositif d'impression à partir de zéro, y compris le matériel et les logiciels.

Les chercheurs ont également développé un nouveau concept de matériau capable de se guérir de manière autonome sans intervention extérieure. "Ce matériau est constitué d'une matrice polymère souple incrustée de particules magnétiques avec un champ rémanent. Pour des raisons pratiques, c'est comme si nous avions de petits aimants répartis dans le matériau, de sorte que, s'il se brise, lorsque les pièces résultantes seront à nouveau réunies, elles se joindront physiquement en récupérant leur intégrité structurelle", a déclaré González.

Grâce à ces avancées, l'équipe a pu imprimer trois types de matériaux fonctionnels :certains qui changent de forme et de propriétés en réponse aux champs magnétiques externes; d'autres ayant une capacité d'auto-guérison ; et d'autres dont les propriétés électriques (conductivité) varient en fonction de leur forme ou de leur déformation.

La combinaison de matériaux dotés de capacités d'auto-guérison et dont les propriétés de conduction électrique varient avec la déformation ouvre d'énormes possibilités dans le développement de capteurs et de robots souples.

Pour plus d’informations, contactez Fco. Javier Alonso à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer Javascript pour le visualiser.; 916-249-035.