Impression 3D & Fabrication de particules pour une variété d'applications

La fabrication de particules a récemment suscité un vif intérêt en raison de ses nombreuses applications dans des domaines tels que le génie biomédical, la distribution de médicaments, les microfluidiques, les systèmes granulaires, l'auto-assemblage, les microélectroniques et les abrasifs. Les méthodes traditionnelles de fabrication de particules présentent des compromis entre la vitesse, la scalabilité, le contrôle géométrique, l'uniformité et les propriétés des matériaux. Des avancées significatives ont été réalisées dans le développement de techniques d'impression 3D pour la fabrication de particules, permettant un contrôle géométrique précis et une grande variété de matériaux.

Une nouvelle technique d'impression 3D appelée "continuous liquid interface production" (CLIP) a été introduite, permettant la fabrication de particules spécifiques en forme avec une résolution élevée et une grande scalabilité. Contrairement aux techniques traditionnelles de moulage, cette méthode permet la fabrication rapide et automatisée de particules avec des géométries complexes, sans nécessiter de moules. Elle utilise une approche "top-down" et offre un contrôle géométrique précis ainsi qu'une grande flexibilité dans le choix des matériaux.

La technique r2rCLIP (roll-to-roll continuous liquid interface production) a été développée pour permettre une fabrication encore plus rapide et automatisée de particules en utilisant un système de bobine à bobine. Cette méthode offre une résolution élevée dans les trois dimensions et une grande scalabilité, permettant la production de milliers à des millions de particules par jour. De plus, elle est compatible avec une large gamme de résines, ce qui ouvre la voie à la fabrication de particules avec des propriétés mécaniques et chimiques variées.

Le schéma de la configuration expérimentale r2rCLIP (en illustration) dans laquelle un film PET recouvert d'aluminium est déroulé à partir d'un rouleau d'alimentation (I) et freiné mécaniquement (II) pour fournir une tension avant de passer sur une platine z de haute précision et un assemblage CLIP (III). Une géométrie conçue est projetée à travers une fenêtre Téflon AF dans une cuve de résine photopolymérisable. La géométrie se matérialise sur le film et la platine tire dans la direction z pour diriger la formation verticale des pièces. Une fois matérialisées, les particules sur le film sont passées sous un système de tension à ressort pour maintenir le positionnement relatif du substrat pendant le mouvement de la scène (IV). Le film passe ensuite par une étape de nettoyage (V) avant un durcissement secondaire (VI) et une immersion dans une solution tensioactive non ionique dans un bain de sonication chauffé et une lame de rasoir pour induire un délaminage (VII). Le film est finalement collecté sur un deuxième rouleau doté d'un moteur pas à pas qui assure un mouvement de translation tout au long du processus (VIII ; Extended Data Fig. 1). Les encarts montrent un graphique du dégagement des particules sur un rouleau de guidage (IX) et une image des particules sur le film après le nettoyage (X).

Des démonstrations de la technique r2rCLIP ont été réalisées pour la fabrication de particules en céramique et en hydrogel, montrant ainsi son potentiel dans des applications telles que la fabrication de dispositifs électroniques, les télécommunications et la santé. La technique offre également la possibilité de fabriquer des particules Janus et des matériaux intelligents, ouvrant de nouvelles perspectives dans les domaines de la physique des matériaux et des systèmes granulaires. Les particules Janus sont des particules dissymétriques nommées ainsi en référence au dieu romain Janus qui était représenté avec une tête mais avec deux visages opposés.

En conclusion, la technique r2rCLIP représente une avancée majeure dans le domaine de l'impression 3D pour la fabrication de particules. Elle offre un contrôle géométrique précis, une grande scalabilité et une flexibilité dans le choix des matériaux, ouvrant ainsi de nombreuses possibilités dans des domaines allant de la médecine à l'ingénierie des matériaux. Des recherches futures pourraient se concentrer sur l'optimisation de la vitesse et la diversification des matériaux compatibles avec cette technique.

Date de publication : 26 octobre 2023

La fabrication de particules par impression 3D offre un potentiel révolutionnaire dans de nombreux domaines, de la médecine à l'électronique. Avec des avancées continues dans les techniques d'impression et la diversification des matériaux utilisés, nous sommes à l'aube d'une nouvelle ère dans la fabrication de particules sur mesure pour une multitude d'applications.