Impressions 3D : vers l’avènement des polymères auto-régénérant ?

Une nouvelle famille de matériaux d’impression 3D polymériques recyclables et auto-régénérant a été mise au point par des chercheurs de l’université de Texas A&M et du laboratoire de recherche de l’armée américaine. C’est peut-être le revêtement de demain.

Effectivement, cette équipe a constaté qu’en augmentant le nombre de molécules de réticulation dans les élastomères existants, on pouvait donner aux matériaux synthétiques des niveaux de résistance et de rigidité personnalisés. Les réseaux permanents covalents des polymères ont également démontré la capacité de détacher ou de recoller leurs liaisons chimiques une fois exposées à des hautes températures.

Par conséquent, toute liaison moléculaire rompue dans les polymères nouvellement conçus pourrait être « réparée et solidifiée » simplement en les chauffant. Selon l’équipe de recherche, les futures applications potentielles de la technologie vont des membres artificiels aux composants aérospatiaux flexibles. Il est alors envisageable de produire avec des tuyaux, des joints, des caoutchoucs pour les futurs aéronefs spatiaux.En plus d’avoir d’excellentes propriétés, ces nouveaux matériaux polymères sont d’ores et déjà fonctionnels.

Si tant est que toute la partie mécanique et synthétique soit maitrisée. Dans tous les cas, cela peut être utile pour lutter contre la corrosion sur certaines pièces métalliques par exemple.

Une découverte majeure pour l’industrie

« Nous avons créé un groupe de matériaux passionnants dont les propriétés peuvent être ajustées pour obtenir soit la durabilité, la souplesse et l’élasticité du caoutchouc naturel, soit l’excellente résistance des matériaux plastiques porteurs », a confié le Dr Svetlana Sukhishvili, professeur au département de science et d’ingénierie des matériaux de Texas A&M.

«Leur imprimabilité et leur capacité à s’autoréparer en quelques secondes, les rendent non seulement adaptés à des prothèses plus réalistes et à la robotique douce». C’est donc aussi une matière à base de polymère auto-régénérant, idéaux pour de larges applications militaires telles que les plates-formes agiles pour les véhicules aériens et le moulage d’ailes d’avions futuristes par exemple. Cela pourrait aussi constituer de bons revêtements à usage multiple à l’instar de la fibre de verre.

Une avancée incommensurable pour la biomédecine

Les tissus et membranes biologiques et organiques tels que la peau et les tendons présentent un certain nombre de caractéristiques qui sont également faisables dans l’impression 3D. Les tissus fibreux sont capables de s’intégrer de manière transparente à différents tissus et de guérir une fois qu’ils sont déchirés où à la limite de l’usure.

L’intégration de caractéristiques composites similaires dans des matériaux d’impression en polymère souple pourrait potentiellement ouvrir de nouveaux domaines aux outillages et à l’impression 3D.Dans la robotique douce et l’électronique grand public par exemple, mais cela s’est avéré difficile jusqu’à présent. Mais avec ces nouvelles mécaniques de revêtement à haute résistance, l’espoir est permis.

Une alternative viable pour la technologie d’impression 3D

Les techniques existantes utilisent un assemblage de formulations complexes d’encre liquide pour obtenir une bonne adhérence entre les couches, mais leur coût a empêché leur adoption à grande échelle. Les méthodes d’impression couramment utilisées, telles que la modélisation par dépôt fondu (FDM), sont plus rentables, mais n’offrent pas le même niveau d’adhérence, de dureté ou de résistance mécanique.

Les résines élastomère sont également inefficaces. Elles offrent une résistance accrue par rapport aux photopolymères ordinaires, mais au détriment de leur non-recyclage. Des recherches antérieures sur l’inversion du processus de réticulation ont également permis d’expérimenter le post-traitement thermique, mais cela peut affecter la résistance et la capacité de retraitement du matériau.

Une invention aussi pratique que le tissu

Le Dr. Sukhishvilli a expliqué l’importance de la réticulation recyclable, en comparant le processus à la couture dans la fabrication des tissus. « Les réticulations sont comme les points de couture dans un morceau de tissu, plus il y a de points de couture, plus le matériau devient rigide à haute densité et moins élastique et vice versa », rapporte l’expert. Mais au lieu que ces « points » soient permanents, nous voulions obtenir une réticulation dynamique et réversible afin de pouvoir créer des matériaux, des fibres recyclables ».

Les réseaux dynamiques de polymères covalents offrent une alternative unique en ce sens qu’ils permettent à la fois une meilleure adhérence des couches et la réutilisation que n’offrent pas encore les photopolymères thermiques plastifiants du marché.

Lors des tests, les chercheurs ont pu produire des objets solides et d’une grande résistance en utilisant leur nouvel élastomère et l’impression 3D FDM, mais non sans inconvénients. Les polymères auto-régénérant, une fois refroidie à moins de 120°C, la viscosité du matériau a fortement augmenté, indiquant une reformation obtenue par polymérisation en un réseau dynamique solide. Comme quoi quand la chimie s’en mêle…l’exploitation de polymères thermoplastiques à haute densité n’est pas prête de s’arrêter.