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La nouvelle impression 3D de silicone ouvre des applications pour la robotique, la médecine et les appareils portables – ImpressionEn3D.com

La fabrication d’appareils logiciels évolue encore, avec l’achèvement de recherches récentes menées par des scientifiques américains. Avec les résultats publiés dans «Les doubles réseaux de silicone durs imprimables en 3D», les auteurs expliquent comment des matériaux souples peuvent être fabriqués avec une résolution micronique pour des systèmes complexes comme la robotique, ainsi que pour de nouveaux types d’appareils portables.

Les matériaux souples sont produits industriellement pour de nombreuses applications, avec de la matière molle déployée pour l’absorption des chocs, les exigences de conformité, la recapture d’énergie et la robotique, où les appareils doivent pouvoir se déformer. Les matériaux réticulés comme les caoutchoucs de silicone (plus formellement connus sous le nom de poly (diméthylsiloxanes)) sont populaires pour une utilisation en raison de leurs fortes propriétés mécaniques et de leur résistance à la température et aux produits chimiques. La plupart des méthodes d’utilisation de ces matériaux avec des techniques traditionnelles comme le moulage par injection sont cependant extrêmement limitées et ne conviennent que pour créer des géométries de base.

Des recherches antérieures ont montré le succès avec un matériau en caoutchouc de silicone liquide pour l’encre d’impression 3D, donnant des formes plus complexes. Des défis ont cependant été notés en termes de structures imprimées avec des surplombs, ainsi que celles avec une «structure à rapport hauteur / largeur élevé», en raison d’un manque de stabilité comme «l’affaissement» avant le durcissement. D’autres techniques expérimentales ont abouti à un manque de résolution, des propriétés mécaniques inférieures ou une vitesse d’impression plus lente.

Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé une plate-forme de matériaux constituée de doubles réseaux de silicone (SilDN), offrant de faibles modules d’élasticité et une résistance que l’on ne retrouve pas dans les élastomères SLA précédents. La résine d’impression était composée de deux silicones différentes, dans lesquelles un «réseau de silicone faible mais imprimable en 3D emprisonne les précurseurs» pour une forme de silicium plus forte. Non seulement cela se traduit par un élastomère plus robuste mécaniquement qu’auparavant, mais le matériau se lie également à un certain nombre de substrats – y compris les thermoplastiques, les thermodurcis, les céramiques et les métaux – ouvrant une nouvelle gamme d’applications.

«La combinaison de modules faibles, d’une ténacité élevée et d’une résistance élevée à la déchirure est souhaitable lors de l’impression de dispositifs robotiques et biomédicaux souples», ont déclaré les chercheurs. «Contrairement à d’autres matériaux où le processus d’impression 3D peut conférer une anisotropie ou altérer les performances, les SilDN peuvent posséder des propriétés similaires quelle que soit l’orientation d’impression ou la hauteur de couche. Ces résultats suggèrent que le réseau de condensation se croise entre les couches imprimées. »

Parce que des architectures douces sont nécessaires dans des applications telles que la simulation médicale et chirurgicale, les chercheurs ont créé un modèle de cœur synthétique creux, destiné à imiter au plus près le cœur et le tissu cardiaque d’un nourrisson. Le matériau présentait une résistance à la déchirure élevée, ce qui est essentiel lorsque les professionnels de la santé pratiquent des injections, des incisions et font des sutures.

Pour les dispositifs tels que les actionneurs souples et les capteurs, une bonne liaison élastomère-textile est nécessaire, permettant une résistance à la déchirure et la possibilité de se connecter à des textiles typiques, comme des tissus extensibles. Les appareils portables doivent pouvoir résister à l’usure et aux «cycles d’enfilage et de retrait».

En fin de compte, les auteurs recommandent le cadre SilDN pour améliorer la vitesse et les propriétés mécaniques; cependant, l’ajout d’autres produits chimiques comme les catalyseurs photo-latents pourrait être utile pour un meilleur contrôle de la condensation. Parallèlement à cela, le réseau pourrait bénéficier d’une plus grande rigidité et résistance.

«Les silDN peuvent également être produits à partir d’autres réseaux de condensation, y compris ceux dotés de fonctionnalités avancées (par exemple, un comportement d’auto-guérison) pour permettre les performances d’un appareil», ont déclaré les chercheurs.

Les matériaux ont été imprimés en 3D sur une imprimante 3D Ember SLA, à l’aide d’un projecteur LED à lumière bleue, modifié avec un assemblage de balai d’essuie-glace pour de meilleures impressions. Ils ont également ajouté une série de colorants pour affiner la résolution de l’axe Z, puis, en post-impression, ont peint le simulateur chirurgical avec des pigments SilcPigs.

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Le silicone est utilisé dans une variété de projets de recherche et d’applications aujourd’hui, des tissus extensibles 4D à l’écriture directe à l’encre pour les métamatériaux avec un comportement à mémoire de forme, en passant par les applications de création de capteurs.

[Source / Images: “3D printable tough silicone double networks”]

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