Du verre issu de l'imprimante 3D

Fabriquer des objets en verre à l'aide d'un procédé d'impression 3D n'est pas chose aisée. Seuls quelques groupes de recherche dans le monde ont tenté de produire du verre à l'aide de procédés additifs. Certains d'entre eux ont créé des objets en imprimant du verre en fusion. L'inconvénient est que cela nécessite des températures très élevées et des appareils résistants à la chaleur. D'autres utilisaient des particules de céramique en poudre qui pouvaient être imprimées à température ambiante et frittées ultérieurement en verre. Cependant, la complexité des objets fabriqués à partir de ces matériaux était jusqu'à présent plut?t faible.

Des chercheurs de l'ETH Zurich ont désormais choisi une autre voie pour fabriquer des objets complexes en verre gr?ce à l'impression 3D. La base de leur nouveau procédé est la stéréolithographie, l'une des premières techniques d'impression 3D datant des années 1980. Les chercheurs David Moore, Lorenzo Barbera et Kunal Masania du groupe des matériaux complexes du professeur de l'ETH André Studart ont développé une résine spéciale. Celle-ci est composée de plastique liquide et d'un siloxane. Ils en parlent dans le dernier numéro de la revue spécialisée "Nature Materials".

La lumière fait grandir l'objet

La résine peut être transformée à l'aide d'un appareil de stéréolithographie disponible dans le commerce. Des motifs de lumière UV sont projetés sur la résine. La résine durcit à l'endroit où la lumière frappe. Cela se produit parce qu'aux endroits exposés, les deux composants de la résine se séparent complètement : les monomères de plastique forment une structure polymère en forme de labyrinthe, les molécules de siloxane remplissent les interstices du labyrinthe.

Un objet peut ainsi être construit couche par couche. Pour chaque couche, les chercheurs peuvent modifier différents paramètres, comme la taille des pores : Une faible intensité lumineuse produit de grands pores, un fort rayonnement de petits pores. "Nous avons découvert cela par hasard, mais nous pouvons l'utiliser pour modifier de manière ciblée la taille des pores dans les objets", explique Masania.

De même, les chercheurs peuvent modifier la microstructure de l'objet couche par couche en ajoutant également du borate ou du phosphate à la résine. Cela permet de fabriquer des objets constitués de différents types de verre.

Les chercheurs doivent ensuite cuire une ébauche ainsi fabriquée à deux températures différentes : A 600 degrés Celsius, pour br?ler le squelette polymère, et ensuite à environ 1000 degrés Celsius, pour compacter les objets en verre. Lors de la cuisson, ils rétrécissent considérablement, mais deviennent transparents et durs comme du verre à vitre.

Une application spéciale en ligne de mire

Pour l'instant, les objets en verre imprimés en 3D ont tout au plus la taille d'un cube de jeu. Il n'est pas possible de créer de cette manière de grands objets en verre tels que des bouteilles, des verres ou des vitres, ce qui n'était d'ailleurs pas le but de ce travail, souligne Masania.

L'objectif était plut?t d'apporter la preuve de la faisabilité d'un procédé d'impression 3D pour fabriquer des objets en verre de géométrie complexe. Cette nouvelle technique n'est toutefois pas un simple gadget. Les chercheurs ont déposé une demande de brevet et négocient actuellement avec un verrier suisse qui souhaite utiliser cette technologie dans son entreprise.