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Impression 3D : une nouvelle technique d’impression grâce au son

De nombreuses substances ont une viscosité bien trop élevée pour être imprimées avec une technique de jet d’encre classique. Des chercheurs viennent de contourner cet obstacle en utilisant des ondes sonores pour détacher les gouttes plus rapidement.

L’impression par jet d’encre présente de nombreux avantages : très grande précision (taille de la gouttelette jusqu’à 10 μm), dépôt sans contact avec le substrat et rapidité. Mais elle souffre d’un sérieux handicap. Elle est inutilisable lorsque le liquide est trop visqueux. Si la viscosité dépasse environ 10 fois celle de l’eau, la seule gravité est insuffisante pour faire tomber la gouttelette qui reste « coincée » dans la tête d’impression.

Trop sucré et trop visqueux

Et ce n’est pas rare. De nombreux liquides utilisés par les scientifiques dépassent largement ce seuil. Les solutions cellulaires, utilisées par exemple dans la fabrication de médicaments ou la bioimpression, sont au moins 100 fois plus visqueuses que l’eau. Certaines résines et biopolymères à base de sucre ont une viscosité égale à celle du miel, soit 25.000 fois celle de l’eau. Une seule goutte de poix met ainsi 10 ans à tomber ! Enfin, de nombreux liquides ont une viscosité très variable en fonction de la température ou dès que l’on modifie légèrement leur composition. La taille des gouttes peut alors varier fortement, ce qui altère la précision de l’impression. 

Le son à la rescousse de la gravité 

Pour contourner tous ces problèmes, des chercheurs de l’université d’Harvard ont mis au point un nouveau procédé basé sur l’acoustophorétique ou « lévitation acoustique ». Leur idée, publiée dans le journal Science Advances, consiste à utiliser les ondes acoustiques comme force « supplémentaire » à la gravité pour détacher la goutte de la buse, un peu comme on cueille des pommes sur un arbre. Un émetteur génère des ultrasons qui sont amplifiés dans un résonateur placé au niveau de la buse. La force de détachement peut ainsi atteindre 100 fois celle de la gravité normale. De plus, il est possible de fixer une taille de goutte spécifique en faisant varier l’amplitude des ondes sonores : plus celle-ci est élevée, plus la goutte sera petite. De la même façon, on peut modifier la trajectoire de la goutte en changeant la fréquence.

Miel, métal et collagène

Les chercheurs ont testé leur procédé avec plusieurs types d’encre. Ils ont par exemple « imprimé » un motif avec des gouttes de miel sur une plaque de chocolat blanc, dessiné une spirale sur une microlentille avec une résine adhésive ou encore fabriqué une structure en 3D avec du métal liquide, en l’occurence un alliage eutectique de gallium et d’indium. Comme les ondes acoustiques ne traversent pas l’encre (elles sont confinées dans le résonateur au niveau de la buse), le procédé n’altère pas les cellules ou les protéines vivantes. Les chercheurs ont ainsi utilisé une solution de collagène pour imprimer sur un substrat cellulaire.

De multiples opportunités commerciales

« Notre procédé permet de s’affranchir complètement des propriétés physiques du liquide », se félicite Daniele Foresti, l’auteur principal de l’étude. « Cela ouvre la porte à un champ illimité d’applications », se réjouit également Dan Finotello, le directeur du Materials Research Science and Engineering Centers (MRSEC) au NSF (National Science Foundation). L’industrie pharmaceutique, la bioimpression, la cosmétique, l’optique, l’alimentaire, la fabrication de circuits électroniques sont quelques-unes des opportunités commerciales envisageables. L’Université a d’ailleurs déjà déposé un brevet pour protéger son invention.

Ce qu’il faut retenir

  • Les liquides trop visqueux sont inutilisables avec une technique d’impression jet d’encre classique.
  • En utilisant des ondes sonores, on « arrache » la gouttelette de la buse.
  • Ce procédé ouvre la voie à un vaste plan d’applications, de la bioimpression à l’électronique ou l’alimentaire.

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