La prochaine génération d’actionneurs et de robots souples pourrait voir le jour grâce à une encre à base d’élastomères pour l’impression 3D d’objets aux propriétés mécaniques variables, ce qui supprime les joints mécaniques encombrants.
Faire en sorte que les robots souples ou les dispositifs portables restent légers est un défi permanent pour les ingénieures et ingénieurs: les matériaux plus lourds nécessitent davantage d’énergie pour être déplacés et, dans le cas des dispositifs portables ou des prothèses, ils sont source d’inconfort. Les élastomères sont des polymères synthétiques pouvant être fabriqués avec un ensemble de propriétés mécaniques, allant de la rigidité à l’extensibilité, ce qui en fait un matériau apprécié pour de telles applications. Mais jusqu’à présent, la fabrication d’élastomères qui peuvent être formés en structures 3D complexes passant de rigides à caoutchouteuses était irréalisable.
«Les élastomères sont généralement moulés, ce qui ne permet pas de modifier leur composition dans les trois dimensions sur de courtes échelles de longueur. Pour éliminer ce problème, nous avons mis au point les DNGE: des élastomères granulaires à double réseau imprimables en 3D dont les propriétés mécaniques peuvent varier à un degré sans précédent», déclare Esther Amstad, responsable du Laboratoire de la matière molle de la Faculté des sciences et techniques de l’ingénieur de l’EPFL.
Doctorante au laboratoire d’Esther Amstad, Eva Baur a utilisé les DNGE pour imprimer un prototype de «doigt», avec des «os» rigides entourés de «chair» molle.
Le doigt imprimé pouvait se déformer d’une manière prédéfinie, démontrant que cette technologie permet de fabriquer des dispositifs suffisamment souples pour se plier et s’étirer, tout en restant assez fermes pour manipuler des objets.
Grâce à ces avantages, les scientifiques estiment que les DNGE pourraient faciliter la conception d’actionneurs, de capteurs et de dispositifs portables souples, dépourvus de joints mécaniques lourds et encombrants. Leurs travaux de recherche ont été publiés dans la revue Advanced Materials.
Deux réseaux élastomères, deux fois plus de polyvalence
La clé de la polyvalence des DNGE réside dans la conception de deux réseaux élastomères. D’abord, des microparticules d’élastomère sont produites à partir de gouttes d’émulsion huile dans eau. Ces microparticules sont placées dans une solution précurseur, où elles absorbent des composés élastomères et gonflent. Ensuite, les microparticules gonflées sont utilisées pour fabriquer une encre imprimable en 3D, qui est chargée dans une bio-imprimante pour créer la structure souhaitée. Le précurseur est polymérisé dans la structure imprimée en 3D, créant un second réseau élastomère qui rigidifie l’ensemble de l’objet.
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