Une nouvelle étude montre que l'innovation en matière d'impression 3D ne faiblit pas. Une nouvelle technique permet de "nourrir" des objets inanimés avec de la matière vivante, ce qui les rend plus forts et plus flexibles. Une équipe de chercheurs de l'USC, de Caltech et du MIT a trouvé un moyen d'infuser de la matière vivante dans l'encre d'impression 3D, ce qui rend les produits plus forts, plus flexibles et capables d'auto-guérison.

L'article, dont l'auteur principal est Qiming Wang de l'USC, est paru le 19 janvier dans la revue PNAS .

Innovation par impression 3D avec des chloroplastes prélevés sur des épinards

Les chercheurs se sont inspirés en partie de Popeye le marin, "qui peut renforcer ses muscles en mangeant des épinards", explique M. Wang. "Aujourd'hui, nous utilisons l'innovation scientifique pour réaliser notre imagination d'enfant", ajoute-t-il.

L'équipe a utilisé une centrifugeuse pour extraire les chloroplastes des épinards. Ils ont ensuite mélangé les chloroplastes des épinards avec une encre polymère d'impression 3D nouvellement inventée. Enfin, ils ont utilisé cette encre pour imprimer des structures en 3D.

En appliquant de la lumière aux objets imprimés en 3D, ils ont créé un moyen de générer du glucose d'origine végétale, qui réagit avec le polymère pour rendre le matériau plus résistant.

Cette technique ressemble à la façon dont les arbres exploitent le pouvoir de la photosynthèse pour produire du glucose qui se transforme en cellulose, laquelle renforce ensuite la structure cellulaire de la plante.

Il suffit d'ajouter la lumière et d'appuyer sur l'impression

L'application de deux à quatre heures de lumière permet au matériau de se renforcer de lui-même. À la fin du processus, il est six fois plus fort qu'avant le processus. Et cet effet de renforcement - induit par les chloroplastes vivants - peut également être temporairement suspendu, en congelant le matériau. L'effet reprend lorsque la température est revenue à une température ambiante typique.

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Un tel "comportement de suspension" temporaire n'a jamais été démontré dans les matériaux d'ingénierie existants", a déclaré Wang.

Ce processus ressemble également à la façon dont les arbres deviennent plus forts lorsqu'ils sont soumis à une pression. Lorsque vous suspendez un poids à une branche d'arbre, cette branche devient beaucoup plus forte que les branches voisines. Le nom de ce processus est "mécanotransduction", et le même phénomène s'applique ici.

La prochaine innovation en matière d'impression 3D : une semelle de chaussure de sport personnalisable

La prochaine étape de l'équipe consiste à utiliser cette technique pour concevoir une semelle de chaussure de sport imprimée en 3D qui se moule au pied d'une personne, avec un niveau de rigidité personnalisé.

Selon les chercheurs, le fait d'imprégner les produits de "matière vivante" de cette manière leur confère également une excellente qualité d'autoréparation, grâce au glucose produit par la photosynthèse qui crée le processus moléculaire appelé "réticulation", similaire aux sutures ou aux points utilisés par les chirurgiens. Cette capacité d'autoréparation pourrait un jour s'appliquer également aux hélices, aux drones, etc.

"Ce travail ouvre la porte à la conception de matériaux hybrides synthétiques-vivants", écrivent les auteurs, "pour des applications telles que les composites intelligents, les structures légères et la robotique douce."

Leur étude n'est qu'un exemple de la manière dont les scientifiques utilisent les propriétés naturelles de la matière biologique. Des chercheurs européens utilisent un matériau naturel présent dans les coquillages pour réparer les fissures dans les bâtiments. Les propriétés d'autoréparation inhérentes à cette technique la rendent différente de tout ce qui était possible avec les matériaux conventionnels.

La révolution de l'impression 3D se poursuit à un rythme soutenu

Comme cela avait été largement prédit, les possibilités de l'impression 3D ne cessent de croître et prennent désormais des formes de plus en plus inattendues. Alors que la résolution des imprimantes 3D s'améliore et que le choix des matériaux s'élargit, le processus devient également de plus en plus adorable. Par exemple, une imprimante 3D Anycubic peut désormais apporter la révolution de la fabrication rapide en 3D chez vous pour quelques centaines de dollars seulement, une commande demagnitude moins chère qu'il y a seulement quelques années.

Le prix a son importance, car l'avenir de l'impression 3D sera probablement façonné par ceux qui peuvent se l'offrir. Un petit appartement dans une petite ville n'est pas l'environnement le plus propice au lancement d'une révolution, mais des espaces de fabrication apparaissent dans les petites villes du monde entier. Et le modèle économique de l'économie du partage encourage les fabricants à sortir de leurs silos et à collaborer. Ainsi, du laboratoire universitaire à la banlieue, l'impression 3D n'a jamais été aussi simple.Les développements comme celui décrit ici ne sont probablement qu'un avant-goût de ce qui est à venir.

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Étude : Remodelage assisté par la photosynthèse de structures tridimensionnelles imprimées

Les auteurs : Kunhao Yu, Zhangzhengrong Feng, Haixu Du, An Xin, Kyung Hoon Lee, Ketian Li, Yipin Su, Qiming Wang, Nicholas X. Fang, et Chiara Daraio

Publié dans : PNAS

Date de publication : 19 janvier 2021

DOI : //doi.org/10.1073/pnas.2016524118

Photo : par Chokniti Khongchum de Pexels