Une percée dans l'impression 3D céramique

Rapport du 15 mai 2023

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par Peter Grad , Tech Xplore

Pour les scientifiques chinois de l'Université de Jiangnan, la forme des choses à venir repose sur une suspension de céramique et l'impression 3D.

Dirigés par le professeur Liu Ren, des scientifiques universitaires ont développé une technique qui permet la construction de formes complexes jamais possibles auparavant avec l'impression 3D traditionnelle. Ils y sont parvenus en créant une concoction de céramique qui se solidifie presque instantanément lorsqu'elle est exposée à une lumière proche infrarouge.

Les avantages des processus antérieurs utilisés dans l'impression 3D étaient souvent compensés par des problèmes de précision, de vitesse et d'économie.

La stéréolithographie, par exemple, qui utilise des faisceaux laser pour fusionner de petites particules de poudre de plastique, de métal, de verre ou de céramique en un objet solide, nécessite généralement la production de structures de support pour maintenir en place des structures à grande échelle ou de forme irrégulière jusqu'à ce que les composants soient solidifiés. . Cela ajoute du temps et des coûts aux grands projets.

L'utilisation de structures de soutien - que ce soit en stéréolithographie ou dans d'autres approches connexes - nécessite également leur retrait éventuel. Cela introduit des problèmes potentiels concernant la précision dimensionnelle et le lissé de surface. De plus, le retrait des structures de support pourrait introduire des micro-fissures et même une défaillance structurelle due à une contrainte de poids supplémentaire.

D'autres processus de production de céramique qui permettaient la production sans l'utilisation de structures de support utilisaient la lumière ultraviolette pour durcir les composants. Ces processus ont bénéficié d'un meilleur contrôle spatial pendant la phase de durcissement. Mais cette approche était entravée par les limitations de la capacité de la lumière ultraviolette à pénétrer les boues céramiques.

Les scientifiques de l'Université de Jiangnan ont trouvé une solution de contournement. Ils ont découvert qu'ils pouvaient construire des objets avec une plus grande durabilité et des temps de production plus rapides en utilisant leur pâte céramique avec un processus de durcissement basé sur la lumière proche infrarouge, plutôt que sur la lumière ultraviolette.

"En ajustant l'intensité de l'irradiation et la vitesse d'impression, la pâte de céramique peut être durcie in situ pendant l'extrusion sans utiliser de supports", ont déclaré les scientifiques dans leur rapport publié récemment par la revue Nature Communications.

"La résistance croissante et la capacité d'autoportance des filaments extrudés améliorent la précision de fabrication. Plus important encore, la flexibilité de l'impression 3D [rend] plus facile d'imprimer des porte-à-faux à faible angle ou même horizontaux sans défauts d'affaissement ou d'inclinaison."

Ils ont pu construire des objets complexes suffisamment solides pour conserver leur forme et leur stabilité dans les airs immédiatement après leur extrusion à partir de la buse de l'imprimante.

En comparant les résultats entre les processus ultraviolet et proche infrarouge, les scientifiques ont trouvé des différences significatives. Lorsqu'ils ont testé la profondeur de durcissement (durcissement) de la suspension, ils ont constaté que sous la lumière ultraviolette, la profondeur de durcissement atteignait 1,02 mm après un peu plus de deux minutes. Mais avec la lumière proche infrarouge, la profondeur de durcissement était le triple de celle de la lumière ultraviolette alors que le temps d'exposition n'était que de 3 secondes.

Résumant leurs résultats, les scientifiques ont déclaré : « En optimisant les composants de l'encre et les paramètres d'impression (diamètre de la buse, pression d'extrusion, vitesse de déplacement, intensité lumineuse, etc.), il est possible d'obtenir des objets avec une résolution plus élevée et une apparence unique.

Ils se sont dits convaincus qu'avec d'autres études sur l'approche d'impression dans le proche infrarouge, "les géométries céramiques produites sans support contribueront à générer davantage d'innovations et [à élargir] l'application des technologies de fabrication additive".

Plus d'information: Yongqin Zhao et al, impression 3D de céramiques multi-échelles et à grande portée non prises en charge via une écriture directe à l'encre assistée par infrarouge proche, Nature Communications (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-38082-8

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