Impression 4D : tour d’horizon d’une technologie prometteuse

L’impression 3D a permis de démocratiser la conception mécanique à des personnes de tous horizons. En effet, elle permet de prototyper rapidement et à peu de coûts une vaste gamme d’idées. Quel changement apporte alors l'impression 4D? Selon Skylar Tibbits, responsable du Self-Assembly Lab au MIT et conférencier aux Rencontres de génie autour de l'innovation dans la construction, c’est la dimension temporelle^[1].

En plus de contrôler le processus d’impression dans les 3 axes, il deviendrait même possible d’imprimer l’objet d’une manière à ce qu’il se modifie en fonction des conditions auxquelles il est exposé. Plus concrètement, il est question ici de matériaux se dilatant lorsque soumis à la chaleur par exemple, pour ensuite se contracter lorsqu'exposés au froid. Pour arriver à ce résultat, il faut cependant intégrer d’autres composants et matériaux au sein même du matériau d’impression, une prouesse difficile à réaliser.

Des imprimantes commerciales déjà disponibles

Une équipe du Georgia Institute of Technology a récemment mis au point la première génération d’imprimantes commerciales solutionnant ces enjeux^[2]. Cette innovation présentée au printemps 2018, utilise la projection de lumière pour délimiter les zones où plus de chaleur est nécessaire. Elle peut aussi imprimer plusieurs matériaux en simultané, chose impossible pour la majorité des imprimantes 3D actuellement disponibles : celles-ci ne font que faire fondre un filament de plastique. Elle peut même inclure un filalement électrique au sein d’une couche de matériel, ouvrant la porte à de nombreuses applications en aérospatiale, par exemple^[3].

Les principes derrière la technologie

En appliquant des traitements thermiques variés grâce à la lumière projetée aux différentes sections de l’objet, l’imprimante crée une hétérogénéité dans les propriétés du matériau. Certaines sections, moins durcies, seront plus souples que d’autres, qui ont été durcies par la chaleur. Du côté du fil électrique, c’est plutôt une autre technique qui est utilisée, celle du jet d’encre. L’imprimante pulvérise des nanoparticules d’argent qui, sous l’action d’une lumière pulsée, s’évaporent en laissant une couche de métal durcie. L’imprimante peut alors recouvrir le fil du même plastique utilisé dans le produit afin de former une gaine isolante.

Une industrialisation qui se fait attendre

Or, les industriels sont quelque peu frileux face à cette nouvelle technologie. Comme toute nouveauté, la durabilité de ces produits est à définir, tout particulièrement dans un contexte de propriétés mécaniques changeantes. Un défi consiste donc à produire des matériaux qui peuvent effectuer des changements rapides en plus d’être réversibles, sans dégradation de leurs propriétés mécaniques dans le temps^[4]. Mise à part l’impressionnante démonstration réalisée en 2013 par Skylar et son équipe, il n’y a pas encore à ce jour de produits commercialisés au grand public utilisant cette technologie. À entendre le grand prophète de la 4D, cela ne saurait tarder.

[1] https://www.c2montreal.com/fr/articles/revolution-materiaux-programmables/#/

[2] https://substance.etsmtl.ca/impression-4d-amorce-grande-etape

[3] https://www.concordia.ca/ucactualites/central/nouvelles/2018/03/06/recherches-impression-4D-de-materiaux-composites.html

[4] https://www.science-et-vie.com/questions-reponses/qu-apporte-de-plus-l-impression-4d-51897

Crédit photo : Ines Álvarez Fdez de Unsplash