Des ingénieurs développent un nouveau type d’impression 3D

Les ingénieurs de Stanford développent un nouveau type d'impression 3D

Une figurine de bateau produite par un nouveau procédé d’impression 3D qui permet d’imprimer un objet dans un volume de résine – comme une figurine flottant au centre d’un bloc de Jell-O – plutôt que d’avoir à construire l’objet couche par couche . Crédit : Dan Congreve

Alors que les techniques d’impression 3D ont considérablement progressé au cours de la dernière décennie, la technologie continue de se heurter à une limitation fondamentale : les objets doivent être construits couche par couche. Et s’ils n’avaient pas à l’être ?

Dan Congreve, professeur adjoint de génie électrique à Stanford et ancien boursier Rowland au Rowland Institute de l’Université Harvard, et ses collègues ont développé un moyen d’imprimer des objets 3D dans un volume stationnaire de résine. L’objet imprimé est entièrement soutenu par la résine épaisse – imaginez une figurine flottant au centre d’un bloc de Jell-O – de sorte qu’il peut être ajouté sous n’importe quel angle. Cela supprime le besoin des structures de support généralement requises pour créer des conceptions complexes avec des méthodes d’impression plus standard. Le nouveau système d’impression 3D, récemment publié dans Naturepourrait faciliter l’impression de conceptions de plus en plus complexes tout en économisant du temps et du matériel.

“La possibilité de faire cette impression volumétrique vous permet d’imprimer des objets qui étaient auparavant très difficiles”, a déclaré Congreve. “C’est une opportunité très excitante pour l’impression tridimensionnelle à l’avenir.”

Impression avec lumière

À sa surface, la technique semble relativement simple : les chercheurs ont focalisé un laser à travers une lentille et l’ont fait briller dans une résine gélatineuse qui durcit lorsqu’elle est exposée à la lumière bleue. Mais Congreve et ses collègues ne pouvaient pas simplement utiliser un laser bleu : la résine durcissait sur toute la longueur du faisceau. Au lieu de cela, ils ont utilisé une lumière rouge et des nanomatériaux intelligemment conçus dispersés dans la résine pour créer une lumière bleue uniquement au point focal précis du laser. En déplaçant le laser autour du contenant de résine, ils ont pu créer des impressions détaillées et sans support.

Le laboratoire de Congreve est spécialisé dans la conversion d’une longueur d’onde de lumière en une autre à l’aide d’une méthode appelée conversion ascendante par fusion triplet. Avec les bonnes molécules à proximité les unes des autres, les chercheurs peuvent créer une chaîne de transferts d’énergie qui, par exemple, transforme les photons rouges à faible énergie en photons bleus à haute énergie.

“Je me suis intéressé à cette technique de conversion ascendante à l’école doctorale”, a déclaré Congreve. “Il a toutes sortes d’applications intéressantes dans le solaire, le bio, et maintenant cette impression 3D. Notre véritable spécialité réside dans les nanomatériaux eux-mêmes – en les concevant pour émettre la bonne longueur d’onde de lumière, pour l’émettre efficacement et pour qu’ils soient dispersés dans de la résine. “

Grâce à une série d’étapes (qui comprenaient l’envoi de certains de leurs matériaux pour une rotation dans un mélangeur Vitamix), Congreve et ses collègues ont pu former les molécules de conversion ascendante nécessaires en gouttelettes nanométriques distinctes et les enrober dans une coque protectrice en silice. Ensuite, ils ont distribué les nanocapsules résultantes, dont chacune est 1000 fois plus petite que la largeur d’un cheveu humain, dans toute la résine.

“Comprendre comment rendre les nanocapsules robustes n’était pas anodin – une résine d’impression 3D est en fait assez dure”, a déclaré Tracy Schloemer, chercheuse postdoctorale au laboratoire de Congreve et l’un des principaux auteurs de l’article. “Et si ces nanocapsules commencent à s’effondrer, votre capacité à effectuer une conversion ascendante disparaît. Tout votre contenu se répand et vous ne pouvez pas obtenir ces collisions moléculaires dont vous avez besoin.”

Prochaines étapes pour les nanocapsules de conversion de la lumière

Les chercheurs travaillent actuellement sur les moyens d’affiner leur technique d’impression 3D. Ils étudient la possibilité d’imprimer plusieurs points en même temps, ce qui accélérerait considérablement le processus, ainsi que d’imprimer à des résolutions plus élevées et à des échelles plus petites.

Congreve explore également d’autres possibilités d’utiliser les nanocapsules de conversion ascendante. Ils peuvent contribuer à améliorer l’efficacité des panneaux solaires, par exemple en convertissant la lumière inutilisable à faible énergie en longueurs d’onde que les cellules solaires peuvent collecter. Ou ils pourraient être utilisés pour aider les chercheurs à étudier plus précisément des modèles biologiques qui peuvent être déclenchés par la lumière ou même, à l’avenir, délivrer des traitements localisés.

“Vous pouvez pénétrer les tissus avec de la lumière infrarouge, puis transformer cette lumière infrarouge en lumière à haute énergie avec cette technique de conversion ascendante pour, par exemple, provoquer une réaction chimique”, a déclaré Congreve. “Notre capacité à contrôler les matériaux à l’échelle nanométrique nous offre de nombreuses opportunités vraiment intéressantes pour résoudre des problèmes complexes qui seraient autrement difficiles à aborder.”

Les co-auteurs supplémentaires de Stanford de cette recherche sont la chercheuse postdoctorale Tracy Schloemer; l’ancien chercheur invité Michael Seitz ; et l’étudiante diplômée Arynn Gallegos. D’autres co-auteurs, dont un co-auteur principal, sont du Rowland Institute de l’Université de Harvard.


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Plus d’information:
Daniel Congreve, Triplet fusion upconversion nanocapsules pour l’impression 3D volumétrique, Nature (2022). DOI : 10.1038 / s41586-022-04485-8. www.nature.com/articles/s41586-022-04485-8

Fourni par l’Université de Stanford

Citation: Des ingénieurs développent un nouveau type d’impression 3D (20 avril 2022) récupéré le 20 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-kind-3d.html

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