Selon des chercheurs, l’impression sonore directe pourrait changer la donne dans l’impression 3D

Selon des chercheurs, l'impression sonore directe pourrait changer la donne dans l'impression 3D

Concept DSP et pièces imprimées. a, schéma du processus DSP. b, Vue détaillée de l’UAMR, des bulles se créent dans les zones de basse pression. c, Lettres “DSP” imprimées. c1, structure poreuse/transparente de la pièce imprimée (la barre d’échelle est de 200 μm). c2–4, images MEB de la microstructure des pièces imprimées (la barre d’échelle est de 100 μm). d, Turbines imprimées, transparentes et poreuses. e–h, feuille d’érable imprimée, engrenage, coquillage et rayon de miel, respectivement. i, canal microfluidique moulé à l’aide d’un moule PDMS imprimé en 3D. (HIFU : ultrasons de haute intensité). Le crédit: Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-29395-1

La plupart des méthodes d’impression 3D actuellement utilisées reposent sur des réactions photo (lumière) ou thermo (chaleur) activées pour obtenir une manipulation précise des polymères. Le développement d’une nouvelle technologie de plate-forme appelée impression sonore directe (DSP), qui utilise des ondes sonores pour produire de nouveaux objets, peut offrir une troisième option.

Le processus est décrit dans un article publié dans Communication Nature. Il montre comment les ondes ultrasonores focalisées peuvent être utilisées pour créer des réactions sonochimiques dans de minuscules régions de cavitation, essentiellement de minuscules bulles. Des températures et des pressions extrêmes qui durent des billionièmes de seconde peuvent générer des géométries complexes préconçues qui ne peuvent pas être réalisées avec les techniques existantes.

« Les fréquences ultrasonores sont déjà utilisées dans des procédures destructrices comme l’ablation au laser des tissus et des tumeurs. Nous voulions les utiliser pour créer quelque chose », explique Muthukumaran Packirisamy, professeur et titulaire de la chaire de recherche Concordia au Département de génie mécanique, industriel et aérospatial de l’Université École d’ingénierie et d’informatique Gina Cody. Il est l’auteur correspondant du journal.

Mohsen Habibi, chercheur associé au Laboratoire de microsystèmes optiques-bio de Concordia, est l’auteur principal de l’article. Son collègue de laboratoire et Ph.D. l’étudiant Shervin Foroughi et l’ancien étudiant à la maîtrise Vahid Karamzadeh sont co-auteurs.

Réactions ultraprécises

Comme l’expliquent les chercheurs, le DSP repose sur des réactions chimiques créées par une pression fluctuante à l’intérieur de minuscules bulles en suspension dans une solution de polymère liquide.

“Nous avons constaté que si nous utilisons un certain type d’ultrasons avec une certaine fréquence et puissance, nous pouvons créer des régions chimiquement réactives très locales et très ciblées”, explique Habibi. “Fondamentalement, les bulles peuvent être utilisées comme réacteurs pour provoquer des réactions chimiques afin de transformer la résine liquide en solides ou semi-solides.”

Les réactions provoquées par l’oscillation dirigée par les ondes ultrasonores à l’intérieur des microbulles sont intenses, bien qu’elles ne durent que des picosecondes. La température à l’intérieur de la cavité grimpe jusqu’à environ 15 000 Kelvin et la pression dépasse 1 000 bar (la pression à la surface de la Terre au niveau de la mer est d’environ un bar). Le temps de réaction est si bref que le matériau environnant n’est pas affecté.

Les chercheurs ont expérimenté un polymère utilisé dans la fabrication additive appelé polydiméthylsiloxane (PDMS). Ils ont utilisé un transducteur pour générer un champ ultrasonique qui traverse la coque du matériau de construction et solidifie la résine liquide ciblée et la dépose sur une plate-forme ou un autre objet préalablement solidifié. Le transducteur se déplace le long d’un chemin prédéterminé, créant éventuellement le produit souhaité pixel par pixel. Les paramètres de la microstructure peuvent être manipulés en ajustant la durée de la fréquence de l’onde ultrasonore et la viscosité du matériau utilisé.

Polyvalent et spécifique

Les auteurs pensent que la polyvalence de DSP profitera aux industries qui dépendent d’équipements très spécifiques et délicats. Le polymère PDMS, par exemple, est largement utilisé dans l’industrie microfluidique, où les fabricants ont besoin d’environnements contrôlés (salles blanches) et d’une technique lithographique sophistiquée pour créer des dispositifs médicaux et des biocapteurs.

L’ingénierie et la réparation aérospatiales peuvent également bénéficier du DSP, car les ondes ultrasonores pénètrent les surfaces opaques comme les coques métalliques. Cela peut permettre aux équipes de maintenance d’entretenir des pièces situées profondément dans le fuselage d’un avion qui seraient inaccessibles aux techniques d’impression reposant sur des réactions photoactivées. Le DSP pourrait même avoir des applications médicales pour l’impression corporelle à distance pour les humains et les autres animaux.

« Nous avons prouvé que nous pouvions imprimer plusieurs matériaux, y compris des polymères et des céramiques », déclare Packirisamy. “Nous allons ensuite essayer les composites polymère-métal, et finalement nous voulons arriver à imprimer du métal en utilisant cette méthode.”


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Plus d’information:
Mohsen Habibi et al, Impression sonore directe, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-29395-1

Fourni par l’Université Concordia

Citation: L’impression sonore directe change potentiellement la donne dans l’impression 3D, selon des chercheurs (2022, 31 mai) récupérés le 31 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-potential-game-changer-3d. html

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