Publié le 15 octobre 2024. Des chercheurs de l’EPFL ont mis au point une méthode révolutionnaire d’impression 3D de métaux, promettant une résistance et une densité accrues tout en réduisant les coûts et les contraintes de fabrication.
- Une nouvelle technique d’impression 3D utilise un gel aqueux comme matrice pour créer des métaux solides et compacts.
- Les métaux ainsi imprimés présentent une résistance jusqu’à 20 fois supérieure à celle des méthodes traditionnelles.
- Cette innovation ouvre des perspectives dans des domaines variés tels que l’énergie, la médecine et la production de capteurs.
L’impression 3D a connu un développement rapide ces dernières années, passant de la simple création de prototypes en plastique à la fabrication de pièces mécaniques complexes. Cependant, un défi majeur persistait : la difficulté d’imprimer efficacement des métaux solides, qui avaient tendance à être poreux ou à se déformer lors de la fusion. Une équipe de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) a désormais trouvé une solution innovante pour contourner cette limitation.
Sous la direction du scientifique Daryl Yee, les chercheurs ont développé une approche originale qui consiste à utiliser un hydrogel – une substance gélatineuse principalement composée d’eau – comme structure de base. Au lieu d’imprimer directement le métal, ils impriment d’abord le gel en 3D, puis l’imprègnent à plusieurs reprises de solutions de sels métalliques. Ces sels sont ensuite transformés chimiquement en nanoparticules métalliques à l’intérieur du gel. Après plusieurs “cycles de croissance”, le gel est chauffé, ce qui élimine la matière organique restante.
Le résultat est un réseau métallique dense qui reproduit fidèlement la forme initiale du gel, mais avec une résistance et une densité bien supérieures à celles obtenues par les méthodes conventionnelles. Contrairement aux techniques traditionnelles, cette nouvelle approche minimise le retrait et la déformation, qui étaient jusqu’à présent des problèmes majeurs dans l’impression 3D de métaux.
« Notre méthode permet de produire facilement et à moindre coût des métaux et des céramiques de haute qualité, et surtout avec la possibilité de choisir le matériau uniquement après l’impression. »
Daryl Yee, laboratoire ALCHEMY de l’EPFL
Pour valider leurs résultats, les chercheurs ont imprimé en 3D des structures complexes appelées gyroïdes – des formes mathématiques incurvées ressemblant à un réseau de cavités. Des échantillons de fer, de cuivre et d’argent ont ensuite été soumis à des tests de résistance à la pression sur un appareil de mesure universel. Les résultats ont dépassé les attentes : les métaux nouvellement imprimés ont résisté à une pression jusqu’à 20 fois plus élevée que les matériaux fabriqués par les méthodes antérieures. De plus, lors du chauffage, ils n’ont subi une diminution de volume que de 20 % (contre jusqu’à 90 % avec les procédés classiques).
Les matériaux ainsi obtenus, à la fois résistants et légers, offrent un large éventail d’applications potentielles. Ils pourraient être utilisés dans la fabrication de capteurs, d’implants biomédicaux, de batteries ou de catalyseurs pour la transformation de produits chimiques en énergie électrique. Un intérêt particulier est porté aux systèmes énergétiques, où une grande surface métallique et une résistance aux variations de température sont essentielles. La nouvelle méthode d’impression permet de créer des canaux internes complexes, impossibles à réaliser avec les techniques d’usinage traditionnelles.
Bien que le processus reste relativement lent – chaque “cycle de croissance” dure plusieurs heures, et il en faut entre cinq et dix – les chercheurs travaillent déjà à son automatisation. L’objectif est de mettre en place un système robotique capable de gérer les différentes étapes, ce qui accélérerait considérablement la production.
« Nous souhaitons que cette technologie puisse également être utilisée dans la production industrielle. »
Daryl Yee, laboratoire ALCHEMY de l’EPFL
L’ambition de l’équipe de l’EPFL ne se limite pas à augmenter la densité des métaux, mais également à réduire le temps d’impression global sans compromettre la qualité du produit final.
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