Co-impression liquide-solide innovante : créer des systèmes 3D pleinement fonctionnels avec la nouvelle méthode de l'Université du Colorado

Le Professeur Robert MacCurdy et son équipe à l'Université du Colorado à Boulder ont développé et caractérisé une méthode pour imprimer des structures 3D avec l'utilisation simultanée de différents matériaux, incluant liquides et solides, pour produire des systèmes complets fonctionnels, pas seulement des composants individuels.

Tech Briefs : Qu'est-ce qui vous a lancé sur ce projet ?

Professeur Robert MacCurdy : Mon background est en robotique, et j'ai été vraiment excité au début de mon doctorat, en essayant de penser à des façons d'automatiser la conception et la fabrication de robots — c'est encore la motivation centrale de mon travail.

Mon but est de développer des outils permettant aux concepteurs humains de répondre très vite à de nouveaux besoins et de concevoir très vite, puis fabriquer des robots pour ces besoins.

Tech Briefs : Pouvez-vous nous en dire plus sur le processus ?

MacCurdy : Typiquement, toutes les encres jet d'encre sont déposées comme liquide puis exposées à la chaleur ou lumière et transitionnent en solide. Mais si on inclut aussi des matériaux qui restent permanemment liquides, on peut utiliser le liquide comme matériau de support.

Nous avons trois scénarios différents, basés sur les deux matériaux considérés. Si l'un des matériaux est plus flottant que l'autre, ils se séparent comme eau et huile. S'il y a des différentiels de tension de surface entre les deux matériaux, la goutte supérieure, qui sinon tomberait à travers la inférieure, serait maintenue à l'interface par sa tension de surface.

Et finalement, même si la densité est wrong, et même si la tension de surface est wrong, si vous pouvez photopolymériser assez vite pour qu'il transitionne de liquide à solide pendant qu'il est encore à la surface et que vous avez d'autres gouttes adjacentes, elles polymérisent aussi. Alors vous pourriez potentiellement créer des structures physiques qui seraient verrouillées en place et ne continueraient pas à couler à travers le liquide.

Cela nous permet d'imprimer des structures, par exemple des spirales, qui seraient impossibles à nettoyer avec les matériaux de support existants. La méthode jet d'encre nécessite un matériau de support mais éventuellement vous devez l'enlever.

Cependant, les matériaux de support existants sont assez difficiles à enlever des canaux dans les structures spirales et capillaires compliquées qu'on a créées dans notre labo. Dans notre méthode, comme le matériau de support est si faible en viscosité, il s'écoule facilement hors de tous les canaux avec un peu de flux de fluide.

Nous imprimons le solide et le liquide en même temps. Donc, c'est tout prêt dès que vous lavez le matériau de support.

Tech Briefs : Est-ce que ce sur quoi vous travaillez est genre les écrous et boulons de base qui pourraient être utilisés pour construire des choses dans le futur ?

MacCurdy : C'est exact — on veut ajouter plus de peintures à la palette du peintre. Et le liquide est important car il apporte des avantages qu'ajouter juste une couleur différente de solide n'aiderait pas nécessairement.

On va continuer avec le thème des robots mais explorer et étendre les différents types de structures qu'on peut faire.

Une version éditée de cette interview est parue dans le numéro de juin 2022 de Tech Briefs.