Des chercheurs de l’Université de Technologie de Vienne ont accompli un bond de géant dans le domaine de l’impression 3D nanométrique, tant du côté de la précision que de la vitesse d’impression.

Si l’impression 3D se démocratise à l’échelle du centimètre, il n’en est pas encore de même pour les impressions de très petite taille. Mais les chercheurs travaillent activement sur des procédés pour créer des objets de taille largement inférieure au millimètre, avec des détails de l’ordre du micron. Un enjeu stratégique pour bien des domaines, du biomédical aux nanotechnologies.

Le problème principal de l’impression 3D nanométrique est la lenteur des méthodes actuelles.
L’Université de Technologie de Vienne s’est penchée sur l’une d’entre elles, la « lithographie à deux photons ». Concrètement, l’imprimante 3D utilise un bain de résine liquide, qui est solidifiée par le positionnement précis d’un laser à l’aide d’un ensemble de miroirs. Le point focal du laser est déplacé, créant une ligne de polymère solidifié, dont la largeur ne dépasse pas quelques centaines de nanomètres.

Jusqu’ici, ce processus ne pouvait imprimer qu’à une vitesse de quelques millimètres par secondes (on mesurait la vitesse d’impression de la ligne solide créer par le laser). Mais les chercheurs ont réussi à atteindre des vitesses de l’ordre de cinq mètres par seconde !

Malgré cette vitesse, le système conserve une précision impressionnante. Jugez plutôt :

Impression 3D nanométrique
Échelles : le trait horizontal sous la voiture représente 100 microns, celui sous la cathédrale 50 microns.
Pour rappel, 1 micron = 1 µm = 0,000 001 m.

Les chercheurs ont également publié une vidéo montrant le processus d’impression de la voiture de course ci-dessus, avec une centaine de couches constituées chacune de 200 lignes de polymères environ. Quatre minutes ont suffi pour finir le modèle, et la précision est de l’ordre du micron.

Sur la page de l’annonce mise en ligne par l’université, les chercheurs donnent quelques indications les coulisses de la technique utilisée.
Le laser crée en fait une réaction en chaîne dans la résine, des molécules activées par la lumière entrant en réaction avec d’autres composants présents dans le liquide. Cette activation ne se produit que si les molécules sensibles à la lumière reçoivent deux photos au même moment, d’où le nom du procédé.
Les chercheurs ont travaillé en particulier sur les mécanismes de contrôle des miroirs qui guident le laser. Toujours en mouvement, ce sont eux qui assurent vitesse et précision au procédé ; il a fallu ajuster à l’extrême les temps d’accélération et de décélération pour obtenir toujours plus de vitesse, sans compromettre la précision du résultat. Une équipe de chimistes a par ailleurs travaillé sur les composants de la résine.

Les chercheurs soulignent également un avantage de la méthode par rapport à l’impression 3D classique : bien souvent, une couche ne peut être créée qu’au sommet d’une couche déjà existante. Avec de l’impression 3D à base de poudre, il faudra ainsi rajouter des couches successives de poudre tout au long de l’impression, ce qui consomme beaucoup de temps. Avec la résine, l’impression peut se faire n’importe où dans le liquide, ce qui fait gagner un temps précieux.

L’Université de Technologie de Vienne fait partie du projet Phocam, qui vise à développer de nouvelles technologies d’impression 3D en faisant collaborer en lien étroit recherche et partenaires industriels.

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