Un gel permet d’imprimer en 3D des objets métalliques à température ambiante
Bien qu’il existe plusieurs méthodes d’impression en 3D d’objets métalliques, toutes requièrent un apport de chaleur, ce qui n’est pas propice à la production de certains composants électroniques sensibles à la chaleur, entre autres. Un nouveau gel peut toutefois être utilisé pour imprimer de tels objets à température ambiante.
Image d’entête : une « araignée » métallique peut être produite en chauffant un matériau précurseur plat imprimé à l’aide d’une encre conductrice. (Michael Dickey/ NC State University)
Créé par une équipe de scientifiques américains de l’université d’État de Caroline du Nord, le matériau se présente d’abord comme une solution composée de microparticules de cuivre en suspension dans l’eau. Des microparticules d’un autre métal, connu sous le nom d’alliage eutectique de gallium (eutectique signifie facilement fondu) et d’indium (EGaIn), sont ensuite ajoutées, ainsi que de l’acide chlorhydrique.
Ce dernier fait passer le pH de l’eau à 1,0, éliminant les oxydes de l’EGaln et le faisant ainsi passer temporairement à l’état de métal liquide. Les particules d’EGaln (devenues des globules) s’accrochent alors aux particules de cuivre plus fermes, formant un réseau de particules de cuivre reliées par des ponts d’EGaln. De la méthylcellulose est également ajoutée afin d’étoffer le mélange.
Le gel visqueux qui en résulte peut être extrudé par la buse d’une imprimante 3D ordinaire, à température ambiante, pour construire un objet une couche à la fois. Lorsque l’objet fini est mis à sécher, à la même température, l’eau et l’acide chlorhydrique s’évaporent. Le résultat final est un objet tridimensionnel rigide et hautement conducteur d’électricité, composé à 97,5 % de métal (le reste étant de la méthylcellulose).
En outre, compte tenu de la manière dont les particules sont alignées lors de l’extrusion du gel, l’objet changera de forme de manière prévisible si de la chaleur est appliquée pendant le séchage. Ce phénomène pourrait être utilisé dans la production de pièces/ d’objets qui doivent prendre une forme complexe, mais qui sont plus faciles à imprimer sous forme de motif plat. Dans la vidéo ci-dessous, vous pouvez voir comment le gel a été utilisé pour imprimer en 3D une araignée qui se dresse sur ses pattes lorsqu’il sèche sous l’effet de la chaleur.
Selon Dickey :
L’impression 3D a révolutionné la fabrication, mais nous ne connaissons pas de technologies antérieures permettant d’imprimer des objets métalliques en 3D à température ambiante en une seule étape. Cela ouvre la voie à la fabrication d’une large gamme de composants et d’appareils électroniques.
L’étude publiée dans la revue Matter : Metallic gels for conductive 3D and 4D printing et présentée sur le site de l’Université de Caroline du Nord : Researchers Create Highly Conductive Metallic Gel for 3D Printing.