Impression 3D : le défi de l’innovation et de la durabilité

L’impression 3D repose sur un procédé de fabrication additive permettant de créer des pièces de haute précision par ajout de matière successif. Elle se distingue par-là du moulage industriel en réduisant le nombre de pièces à produire, optimisant à la fois le temps de fabrication et les ressources utilisées. Il est ainsi possible de concevoir des pièces d’un seul tenant et de se passer de l’ajout de clous ou de boulons qui peuvent représenter une faiblesse au moment de l’assemblage. Jusqu’alors, l’impression 3D à partir de métaux en était la modalité la plus développée.

Pour se mettre au pas des normes écologiques, limiter l’empreinte environnementale et relever les défis technologiques actuels, la tendance semble désormais s’orienter en faveur de la recyclabilité des polymères, largement représentés par l’augmentation exponentielle de l’utilisation des plastiques au cours des trente dernières années .

Au LRGP, les chercheurs s’attèlent à l’étude de ces polymères et plus particulièrement de leur capacité à être utilisés pour des procédés de mise en forme à moyenne et grande échelle. L’enjeu : développer de nouveaux types de polymères pour des besoins spécifiques qui sauront répondre aux normes de sécurité, s’adapter à une grande variété de conditions d’usage parfois extrêmes, tout en produisant un matériau multi structurel plus écoresponsable et recyclable.

Les activités de recherche se concentrent notamment sur la formulation du matériau d’impression. Selon les applications il est par exemple possible d’utiliser des résines pour réaliser de petites pièces assez précises par photopolymérisation, ou des thermoplastiques qui pourront être refondus sous une autre forme.

« On peut réfléchir à des structures utilisant les propriétés des matériaux de type auxétique ou encore prospecter sur le potentiel des gyroïdes qui apportent de nouvelles solutions en termes de poids, ce qui représente pour des industries comme l’aéronautique, une économie significative de pétrole et d’énergie. »

Quentin-Arthur Poutrel, chercheur au CNRS.

À long terme, il est désormais envisageable d’intervenir sur la microstructure des matériaux pour développer des pièces imprimées qui capitalisent pleinement sur les propriétés mécaniques de la matière. Dans ce contexte, le prochain challenge à relever consiste à reproduire le résultat obtenu avec le banc d’essai initial à l’échelle industrielle. Pour l’heure, l’impression 3D suscite surtout l’intérêt pour ses qualités de mise en forme et sa versatilité. À un degré prospectif, la recherche académique permettra peut-être un jour d’étendre l’usage de l’impression 3D dans la sphère domestique en réinvestissant les matières plastiques recyclables du quotidien pour produire des objets aux multiples cycles de vie.

Ut enim ad minima veniam, quis nostrum exercitationem ullam (Photos : ©2024 LRGP)

Dans le domaine de la santé, le projet CMADENT (Conception de MAtériaux DENTaires à gradients de propriétés par fabrication additive), en partenariat avec l’ANR, porté au laboratoire par Cécile Nouvel (Pr. HDR) impose un défi d’un genre nouveau : l’impression 3D d’une dent conçue à partir de polymères, reproduisant le gradient de propriété d’une vraie dent humaine. Quentin-Arthur Poutrel clarifie les limites du projet : “La problématique des dents artificielles classiques, c’est que l’on a recours à une résine unique qui durcit de manière uniforme. Une vraie dent humaine, c’est un gradient de propriétés : la composition n’est pas homogène puisqu’elle est dure à l’extérieur et plus molle à l’intérieur ce qui va permettre de créer un effet d’amorti et de garder la dent en bonne santé plus longtemps […] Le challenge, ça va être de partir d’un bac de résine et de réussir à changer la qualité du produit à un endroit donné pour qu’il corresponde aux critères.”

À cela s’ajoute une deuxième contrainte : s’assurer pour chaque modification que l’objet soit toujours biocompatible, satisfaisant sur le plan mécanique, mais aussi imprimable dans le cadre de leur utilisation future par les professionnels de santé. Sur ce dernier point, l’équipe de Cécile Nouvel a recours à un procédé novateur : le Digital Lighting Processing (DLP), une technologie rapide et peu coûteuse.