Des chercheurs veulent commercialiser l’impression au sel

Les scientifiques des matériaux Nicole Kleger et Simona Fehlmann ont développé un procédé d’impression 3D pour créer des modèles de sel qu’ils peuvent remplir avec d’autres matériaux. Un domaine d’application est la création de composants métalliques légers hautement poreux. Les deux Pioneer Fellows tentent maintenant de transférer ce processus à l’industrie.

Il n’y a pas si longtemps, les chercheurs en matériaux ont réussi un coup : ils ont utilisé une imprimante 3D pour créer une armature en sel, qu’ils ont ensuite remplie de magnésium liquide. Une fois le métal léger refroidi et durci, les chercheurs ont lessivé la charpente de sel, ce qui a donné un objet en magnésium hautement poreux qui conviendrait, par exemple, comme implant osseux biodégradable.

Technologie originale améliorée avec succès

Maintenant, l’auteur principal de cette étude, Nicole Kleger, et son ancienne étudiante à la maîtrise, Simona Fehlmann, ont publié un autre article dans la revue Matériaux avancés. Dans ce document, ils rapportent qu’avec une équipe interdisciplinaire, ils ont affiné et modifié leur processus pour produire des échafaudages de sel plus complexes avec des pores encore plus fins.

Au lieu d’utiliser une imprimante basée sur l’extrusion qui imprime de fins filaments de pâte de sel dans un motif en forme de grille à partir d’une fine buse, les chercheurs dirigés par Kleger et Fehlmann ont utilisé un dispositif de stéréolithographie et une encre à base de particules de sel.

En mélangeant l’encre avec des monomères appropriés, les scientifiques l’ont rendue sensible à la lumière. Cela signifie qu’une fois exposés à la lumière, les monomères se combinent pour former des polymères durs au cours du processus. Cela permet de construire des structures complexes couche par couche. La charpente de sel ainsi créée sert alors de moule, ou de gabarit négatif, à remplir d’un autre matériau.

Dans l’étape suivante de ce nouveau processus, les scientifiques des matériaux ont ensuite rempli les structures préfabriquées non seulement avec du magnésium, mais aussi avec de l’aluminium, du plastique ou les ont enveloppées avec un matériau composite de carbone à la place. Leur nouvelle technique permet aux chercheurs de produire des objets beaucoup plus complexes et également de réduire la taille des pores de 0,5 millimètre à 0,1 millimètre.

De la recherche fondamentale à la pratique

Ce travail est appelé à dépasser le cadre purement académique. Kleger et Fehlmann ont commencé une bourse des pionniers début juillet. Ils ont un an pour démontrer s’il est possible de commercialiser la technologie.

“Nous voulons savoir si le processus peut passer le test d’une utilisation dans le monde réel”, déclare Kleger. Son partenaire commercial tient également à ce que les résultats de laboratoire ne se contentent pas de ramasser la poussière dans un tiroir. “Il est important pour moi d’avoir toujours une candidature en tête, car cela me motive”, déclare Fehlmann.

Pour une utilisation dans les mâchoires et dans l’espace

Les deux chercheurs ont déjà plusieurs idées précises pour commercialiser leur procédé. Une application possible est les implants de la mâchoire.

“Si on perd une dent, l’os de la mâchoire en dessous se désintègre très rapidement”, explique Kleger. Avant qu’un implant dentaire puisse être inséré, l’os doit d’abord être reconstruit. Les chirurgiens le font actuellement en utilisant du matériel osseux de la hanche, mais cela nécessite un deuxième site chirurgical.

Alternativement, ils pourraient opter pour des implants osseux personnalisés en alliages de magnésium, dans lesquels les cellules ostéogènes peuvent migrer et qui se dégraderont avec le temps. Kleger et Fehlmann pourraient utiliser leur procédé pour produire précisément ce type d’implant.

Une idée qui va dans le même sens consiste à produire des échafaudages tridimensionnels pour les cultures cellulaires. Les cellules ne se comportent pas de la même manière dans l’espace 3D que sur un plan 2D tel qu’une boîte de Pétri de laboratoire standard. Dans cet esprit, les chercheurs ont contacté des scientifiques qui travaillent avec de telles cultures cellulaires en laboratoire. Il n’est pas encore clair si ces scientifiques préféreraient produire eux-mêmes de tels échafaudages en utilisant le procédé de Kleger et Fehlmann, ou s’ils préféreraient plutôt acheter les échafaudages prêts à l’emploi.

Les deux jeunes entrepreneurs voient une autre application possible dans les voyages spatiaux. “Dans les missions spatiales, le poids c’est de l’argent”, dit Kleger. Parce que chaque gramme compte, les composants métalliques légers fabriqués à l’aide de leur procédé seraient idéaux pour une utilisation dans des vaisseaux spatiaux ou des fusées.

Personnalisation, pas production de masse

Cependant, une chose est déjà claire pour ces deux Pioneer Fellows : leurs produits ne seront pas des articles fabriqués en série bon marché, mais plutôt des produits personnalisés en série relativement chers. En effet, le processus de fabrication est plutôt lent et ne permet pas de produire de très gros lots en peu de temps. “Nous n’allons pas nous positionner sur le marché de masse”, déclare Fehlmann.

Ils n’ont pas encore pris de décision finale concernant leur modèle d’affaires. “Nous analysons actuellement le marché pour savoir qui sont nos clients potentiels et ce dont ils ont vraiment besoin”, explique Kleger. Ils ont déjà eu d’innombrables discussions avec des dentistes et des biologistes cellulaires, ainsi qu’avec des entreprises qui fabriquent du matériel d’impression.

Courbe d’apprentissage abrupte en entreprise

“Ce que nous faisons maintenant est dans certains domaines très différent de mon projet de doctorat – et la courbe d’apprentissage est en conséquence raide”, dit Kleger avec un sourire.

Fehlmann ajoute : « Nous recevons beaucoup de nouveaux commentaires et nous devons aborder les choses différemment de ce que nous faisons en recherche. C’est enrichissant et excitant.

Les deux femmes reçoivent également une aide au démarrage du professeur de l’EPF André Studart, dans le groupe Matériaux complexes duquel elles ont effectué leurs recherches. Parmi les choses qu’il leur fournira au cours de l’année à venir figurent un laboratoire et du matériel d’impression. “Nous sommes ravis de pouvoir continuer à travailler ici pendant un certain temps”, déclare Kleger.

De plus, ils pourront bénéficier de l’expérience d’autres fondateurs de start-up du groupe Studart. “Nous sommes en contact étroit avec les quatre sociétés qui ont émergé du groupe jusqu’à présent”, déclare Kleger.

Ils ont également trouvé un nom pour leur start-up : “Sallea”, un mot-valise de “lixiviation du sel”. C’est donc le procédé qu’ils veulent mettre sur le marché qui a donné son nom à la jeune entreprise. À un moment donné, ils postuleront pour le label de “spin-off ETH”. Mais pour l’instant, il reste encore beaucoup de travail de développement à faire, puis les deux boursiers pionniers verront si leurs travaux de recherche réussis se transforment en une entreprise rentable.