Impression 3D en verre, toutes les réponses

Découvrez les contraintes, les évolutions et le potentiel de l'impression 3D en verre. Et plongez dans ce monde fascinant
L’impression 3D a révolutionné de nombreux secteurs, mais l’introduction du verre dans ce domaine
a ouvert un monde de possibilités. Elle a engendré également des défis uniques pour les pièces
complexes. De la compréhension des contraintes aux toutes dernières innovations, voici le guide
complet de tout ce que vous devez savoir sur cette technologie fascinante.

Quelles sont les contraintes de l’impression 3D en verre ?

Si le verre est l’un des matériaux les plus avantageux, c’est aussi l’un des plus difficiles à travailler.
Dans le domaine technique de la 3D, cela demande de braver certaines contraintes.
Lorsque le point de fusion des polymères s’élève à 300 °C, comptez 1 300 °C pour le verre. Vous
comprenez alors facilement les difficultés pour l’extrusion du matériau et le dépôt de fil fondu
(procédé FDM). Obtenir un filament régulier et fluide pour un verre sans aspérité, tout en
maintenant la buse en parfait état, c’est une mission plus que délicate.
Selon les utilisations, le matériau verre devient pluriel. Il faut le sélectionner en fonction de ce que
l’on veut obtenir. Cela met fin au rêve simple de recycler tous les verres avec facilité dans des
process d’impression 3D à grande échelle.
Difficile de s’approvisionner de façon exacte ! D’autre part, dans un procédé à base de verre pur,
l’alimentation continue n’est pas si aisée, car il n’existe malheureusement aucune bobine de verre
prête à l’emploi pour alimenter une imprimante.
La fabrication additive, par définition, c’est la conception de pièces réalisées par superposition et
transformation de matières imprimées. Un subtil jeu de superpositions de couches, en somme.
Modéliser une pièce transparente de qualité uniforme induit donc une résolution (épaisseur de
couches) très fine et précise.

À quand remonte la première impression en verre ?

Au commencement, G3DP créa l’impression en verre transparent

En 2015, le groupe Mediated Matter du MIT développe une imprimante 3D plus aboutie que ses
prédécesseurs et dévoile la conception d’un verre transparent imprimé en 3D. Les vidéos font
danser les filaments de verre en fusion au rythme régulier des couches successives. C’est
hypnotique ! À la sortie, des objets aux courbes limpides et complexes, comme des vases remplis
d’idées prometteuses.

Une évolution de la technologie pour G3DP2 (2017)

Ces travaux évoluent avec succès pour trouver des solutions aux problèmes de G3DP : adhérence à
la buse, maîtrise de la chaleur, etc. Avec un rendement de 5 kg par heure et un contrôle thermique
amélioré, l’imprimante se compose alors d’une partie haute (four au-delà des 1 000 °C), d’un chemin
vers la buse à 915 °C en fonctionnement) et une chambre à 480 °C.
Ces deux innovations marquent le début d’une nouvelle ère et l’accélération des progrès techniques
pour pallier, entre autres, le problème de résolution.

Quelles sont les principales évolutions de l’impression 3D en verre ?

Une encre de verre pour des imprimantes 3D SLA (stéréolithographie)

En 2017 également, un autre procédé entre dans la course pour dompter le matériau cristallin. Il faut
dire qu’il attire les convoitises pour ses propriétés extraordinaires de résistance thermique, chimique
et mécanique.
Le KIT (Institut de technologie de Karlsruhe) développe la modélisation 3D en verre avec une
imprimante classique, pour des formes complexes. Double prouesse !
Cette encre de verre nécessite ensuite d’être chauffée pour éliminer la matière fondue superflue (qui
a facilité l’acheminement des particules dans le faisceau), et ne laisser que le verre, transparent et
lisse.
On pouvait alors admirer la pureté des lignes des créneaux d’un château fort translucide, ou d’une
structure en forme d’alvéoles de ruche, ainsi que d’autres objets prototypes, cette fois, à très petite
échelle.

Le verre de phosphate, l’ère de l’optique pour imprimer du verre en 3D (2020)

Parmi les applications attractives dans le marché de l’impression 3D en verre, l’optique reste aux
avant-postes pour développer l’impression tridimensionnelle.
Domaine particulièrement exigeant, il nécessite la conception d’un matériau aux qualités réfractives
optimales. Imaginez, une résolution de 100 microns, soit la section cumulée de seulement deux
cheveux !
Cette avancée s’associe au succès d’un relevé en sortie à 470 °C avec une imprimante basique,
contre le double pour les réalisations 3D précédentes. Cocorico pour l’unité de recherche du CNRS et
de l’Université de Bordeaux, qui procèdent en étirant un filament de plusieurs composants, dans une
tour de 3 mètres de haut.

La micro-impression 3D en haute résolution

De nouveaux procédés plongent vers l’infiniment petit avec divers matériaux, et particulièrement le
verre. Comment cela ?
Le GP-SIlica (2021) émerge en matériau inédit, alliant 60 % de poudre de verre fine et du plastique.
Il peut être utilisé :

  • en version totale
  • ou avec un post-traitement, pour des réalisations de l’ordre de 160 nm. Tout d’abord chauffé
    pour éliminer les constituants polymères, il fait ensuite grimper le thermostat pour un
    frittage du verre. Transparentes, et résistantes, ces réalisations intéressent particulièrement
    les domaines de la microtechnologie.
impression 3d en verre

Quelles sont les dernières innovations dans la fabrication 3D en verre
(2023) ?

Une impression 3D qui fait baisser le thermomètre

Si vous avez le vertige face à l’accélération de ces innovations, vous n’êtes probablement pas au bout
de vos surprises. La plupart de ces avancées possèdent l’inconvénient d’une très haute
température, par fusion de matière pure ou par frittage.
Cela rend impossible la modélisation d’une structure 3D en verre sur d’autres composants, comme
les puces semi-conductrices.
Or, l’institut de technologie de Karlsruhe (KIT) a dévoilé cette année (2023) le résultat de ses
recherches pour créer un objet en quartz clair, à l’aide d’une résine (POSS) qui ne nécessite pas de
frittage, et ce, à l’échelle nanométrique. (articles Science, 01/06/2023)

Une pluie de brevets dans l’impression 3D, le verre se fait sa place

On note une accélération des demandes de brevets déposées dans le domaine général de la
fabrication 3D. (+27,14 % de croissance entre début 2016 et fin 2020, selon IFI Claims Patent
Services).
À titre d’exemple, le groupe ESSILOR fait partie de ces initiateurs de projets. En 2020, le groupe
français fait enregistrer le brevet GLAM, un procédé de fabrication additive qui vise une variation
progressive de l’indice du matériau verre.
En parallèle, la recherche plonge dans l’univers du voxel (le pixel de la 3D) appliqué au verre et la
voie est ouverte au développement de meilleures imprimantes.

Quel est le potentiel de l’impression 3D en verre ?

Est-il besoin de détailler les possibilités ? L’optique et l’infiniment petit émerveillent. Mais d’autres
applications à échelle humaine viendront bientôt enrichir nos vies et celles de notre environnement.

L’architecture

Revenons en arrière en compagnie du groupe Mediated Matter du MIT. En 2017, cette équipe
expose le fruit d’un travail colossal (et parfois fracassant dans les ateliers, si l’on en croit leurs vidéos)
à la Milan Design Week.
Le pavillon LEXUS s’habille alors de variations lumineuses intégrées dans trois colonnes de verre
imprimées en 3D (de 3 m de hauteur). Cette réalisation met également en lumière (effectivement) le
potentiel de l’application structurelle du verre.
Étendre les propriétés de résistance de cette matière à la sphère architecturale, voilà une
perspective stimulante !

Imprimer une pièce 3D en verre pour préserver la biodiversité

Produire en petites séries, avec une imprimante, des pièces précises et spécifiques en verre selon les
besoins, dans des domaines de niche, c’est exactement ce qui devient nécessaire à des secteurs
comme la recherche, et l’économie durable !
Dans le secteur de la biodiversité, les sternes arctiques illustrent parfaitement comment profiter de
ces technologies d’impression. Les procédés de fabrication 3D en verre permettent aujourd’hui de
résoudre un problème majeur pour le suivi de leur périple de migration.
Un contenant spécialement conçu possède toutes les qualités pour transporter l’étiquette d’analyse
de leur voyage :

  • ultra léger
  • transparent pour enregistrer les variations de lumières
  • résistant aux grands froids comme aux fortes chaleurs

Ce n’est qu’un exemple, mais il ouvre la voie à des dispositifs inaccessibles avec d’autres matériaux.

L’impression 3D en verre bientôt dans tous les aspects de notre quotidien ?

En 2019, 17 % des sociétés de plus de 250 salariés utilisaient la technologie des imprimantes 3D.
Cependant, cette utilisation évolue à la hausse au rythme d’un point pour toutes les tailles de
sociétés de plus de 20 salariés.
L’innovation technique pousse tous les secteurs à s’y intéresser. Art, industries, joaillerie, médecine,
environnement, aéronautique, high-tech, le matériau verre se façonne en volume avec plus de
facilité.
Une nouvelle dimension futuriste devient accessible du bout des doigts. Avec l’avènement de
l’Intelligence artificielle, sans aucun doute, d’autres solutions émergeront encore pour enrichir
l’actualité de cette technologie dynamique.
À votre avis, à quand un verre imprimé en 3D dans tous les foyers ?

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