Des scientifiques découvrent une méthode d’impression 3D qui rend le métal 20 fois plus résistant

On ne part plus du métal, mais d'un hydrogel : le matériau final est choisi après impression, ouvrant de nouvelles possibilités pour des objets résistants et complexes

De nombreuses imprimantes 3D fonctionnent via un système appelé photopolymérisation, dans lequel une résine liquide se solidifie à l'aide d'une lumière UV ou laser. Le problème ? Il ne fonctionne qu'avec des polymères sensibles à la lumière, donc pas de métaux ni de céramiques.

Certaines méthodes alternatives tentent de transformer un polymère imprimé en un matériau plus solide. Mais souvent le résultat n’est pas très compact et plein de trous, avec des objets qui rétrécissent et se déforment trop.

L'équipe du professeur Daryl Yee, qui dirige le laboratoire ALCHEMY à l'EPFL, a choisi une toute autre approche. On part d'un hydrogel simple et transparent, imprimé en 3D avec la forme souhaitée. Ensuite, il est immergé dans une solution contenant des sels métalliques. Ces sels pénètrent dans le gel et se transforment en minuscules particules métalliques.

L'étape est répétée plusieurs fois, selon des cycles appelés « cycles de croissance », pour augmenter la quantité de métal. Finalement, avec la chaleur, le gel s'évapore et il ne reste que le métal ou la céramique, avec la forme parfaite du modèle original, comme le souligne Yee :

Au lieu d’imprimer déjà avec le métal, nous imprimons d’abord la forme, puis choisissons le matériau plus tard. Cela rend la technique beaucoup plus flexible et accessible.

Test sur formes complexes : jusqu'à 20 fois plus résistant et avec moins de déformations

Pour prouver l’efficacité de leur méthode, les chercheurs ont imprimé des gyroïdes, des structures géométriques complexes que l’on retrouve également dans la nature. Ils les fabriquaient en utilisant différents métaux comme le cuivre, le fer et l’argent. Puis ils les ont soumis à des tests de résistance mécanique.

Comme l’explique Yiming Ji, doctorant et premier auteur de l’étude, les résultats parlent d’eux-mêmes :

Nos structures ont résisté à des pressions 20 fois supérieures à celles de matériaux similaires obtenus avec d'autres techniques.

Et ils n’ont diminué que de 20 %, contre une moyenne de 60 à 90 %.

Cela signifie que les pièces obtenues sont non seulement plus résistantes, mais aussi plus stables et précises.

Applications pratiques

Le potentiel de cette découverte est concret et non théorique. La nouvelle technique est idéale pour produire des objets 3D qui doivent être solides, légers et avoir des formes complexes. Et c’est exactement ce qui est nécessaire dans de nombreux secteurs clés :

• Dispositifs biomédicaux, tels que des implants personnalisés ou des microstructures pour la régénération tissulaire ;
• Les technologies énergétiques, telles que les catalyseurs métalliques utilisés pour convertir l'énergie chimique en électricité ;
• Systèmes de refroidissement, pour augmenter l'efficacité des composants électroniques ou des batteries.

Les prochaines étapes ? L’équipe de l’EPFL travaille à accélérer le processus, qui nécessite aujourd’hui plusieurs cycles d’immersion. C'est pourquoi ils développent un robot automatique capable de gérer les étapes les plus lentes, ouvrant ainsi la voie à une production à l'échelle industrielle.

Notre objectif est de rendre cette technique rapide et économique, de la faire sortir des laboratoires et dans les entreprises.

Source : Matériaux avancés