Et si l'impression 3D était 100 fois plus rapide ?

Ce que nous appelons l'impression 3D, selon Joseph DeSimone, reste en réhabituée impression 2D additive,... et lente. Sur la scène de TED2015, il dévoile une nouvelle technique audacieuse et inspirée par Terminator 2, vous avez bien lu,par Terminator 2. Plus rapide par un facteur variant entre 25 et 100, ce mode d'impression permet de créer des pièces plus robustes et plus lisses. Va-t-elle permettre de réaliser les espoirs immenses qu'engendre l'impression 3D ?

Je suis ravi d'être ici ce soir

pour partager avec vous un projet

sur lequel nous travaillons
depuis plus de deux ans,

dans le domaine
de la fabrication additive,

autrement dit, l'impression 3D.

Regardez cet objet.

Il paraît assez simple,
mais en fait, il est assez complexe.

C'est un ensemble de structures
géodésiques concentriques

qui sont toutes liées entre elles.

Il est donc impossible de les fabriquer
avec des méthodes classiques.

Sa symétrie ne permet pas
un moulage par injection.

On ne peut pas le produire par fraisage.

C'est un travail pour une imprimante 3D.

Or, la plupart des imprimantes 3D

nécessitent entre 3 à 10 heures
pour le fabriquer.

Je vais prendre le pari de le fabriquer
ce soir sur le plateau

pendant cette présentation de 10 minutes.

Souhaitez-moi bonne chance.

Le terme d'impression 3D est inapproprié.

En réalité, il s'agit d'impressions 2D
superposées à de nombreuses reprises.

On utilise des technologies
associées à l'impression 2D.

Ça ressemble à une imprimante jet d'encre

qui applique de l'encre
pour former des lettres.

En accumulant les couches,

on construit un objet tridimentionnel.

La microélectronique utilise

un procédé similaire,
la lithographie,

pour fabriquer transistors,
circuits intégrés,

et d'autres structures en continu.

Toutes ces technologies
d'impression sont du 2D.

Je suis chimiste,
et j'étudie la science des matériaux.

Mes co-inventeurs,
un chimiste et un physicien,

sont aussi spécialisés dans les matériaux.

On s'est progressivement intéressé
à l'impression 3D.

Les idées neuves sont souvent le fruit
de connexions simples

entre des personnes avec des formations
et expériences différentes.

Voilà notre histoire en deux mots.

Une scène de T-1000 dans Terminator 2

nous a inspirés.

On a pensé qu'une imprimante 3D
pourrait opérer de cette manière.

Un objet s'élève d'une flaque

pour créer en temps réel

un objet fantastique,

sans déchet.

Exactement comme au cinéma.

Pourquoi pas s'inspirer d'Hollywood

et inventer des procédés
qui rendrait ça possible ?

Tel fut notre défi.

Si nous y parvenions, nous souhaitions

améliorer les trois obstacles
qui empêchent l'impression 3D de percer

en tant que processus de fabrication.

D'abord, ça prend un temps fou.

Certains champignons poussent plus vite
que des pièces imprimées en 3D. (Rires)

Le processus d'addition de couches

provoque des défauts
dans les propriétés mécaniques,

qui peuvent être éliminés
en croissance continue.

Si on atteint une vitesse critique,

on pourrait utiliser
des matériaux auto-polymérisables

avec des propriétés époustouflantes.

Si on gagne notre pari,
et qu'on imite vraiment Hollywood,

on apportera une solution
à la fabrication 3D.

Notre approche est la suivante :

on se base sur les connaissances usuelles

de la chimie des polymères

pour mettre à contribution
la lumière et l'oxygène

et fabriquer des pièces en continu.

La lumière et l'oxygène
agissent de manière différente.

La lumière peut transformer
une résine en un solide.

Elle transforme
des liquides en solides.

L’oxygène inhibe ce processus.

D’un point de vue chimique,

la lumière et l’oxygène sont situés
sur des pôles opposés.

En contrôlant l’espace
entre la lumière et l’oxygène,

on pourrait contrôler ce processus.

Nous appelons ça: IPLC.
(Interface de Production Liquide Continue)

Elle est articulée
autours de 3 composants fonctionnels.

Le réservoir qui contient la flaque,

comme pour T-1000.

Il y a une fenêtre spéciale
au fond du réservoir.

J'y reviendrai plus tard.

Ensuite, il y a une plateforme
qui descend dans la flaque

pour en extraire l’objet.

Le troisième composant est un système
digital de projection de lumière,

positionné en dessous du réservoir.

La lumière projetée est
de l’ultraviolet.

La petite fenêtre dans le fond
du réservoir est capitale.

C’est une fenêtre très particulière,
en composite.

Elle est transparente à la lumière,
et perméable à l’oxygène.

Ses caractéristiques sont identiques
à des verres de contact.

Observons comment ça fonctionne.

Sous un procédé traditionnel,
avec une fenêtre imperméable à l’oxygène,

on constate ceci :
quand on descend la plateforme,

on crée un patron bi-dimensionnel

que l’on va coller sur cette fenêtre,
à l’aide d’un cache traditionnel.

Avant d'ajouter une nouvelle couche,

on sépare le cache
de la couche précédente,

on introduit de la résine, on la dépose,

et on répète ce processus
autant de fois que nécessaire.

Par contre, avec notre fenêtre spéciale,

voici ce que nous sommes
capables de faire :

quand la lumière entre en contact
avec l’oxygène,

l’oxygène inhibe la réaction.

On crée ainsi une zone morte

d’une épaisseur d’une dizaine de microns,

soit l’équivalent de trois fois
le diamètre d’un globule rouge,

localisée sur la surface liquide
de la fenêtre.

On tire l’objet vers le haut.

On l’a détaillé
dans une revue scientifique,

en altérant le volume d’oxygène,

on modifie l’épaisseur des zones mortes.

On contrôle un certain nombre
de variables clefs

à l’aide de logiciel très sophistiqués :

le volume d’oxygène,
la lumière et son intensité, les doses,

la viscosité, la géométrie.

Les résultats sont stupéfiants.

C’est de 25 à 100 fois plus rapide
que l’impression 3D classique.

C’est un élément déterminant.

De plus, notre capacité d’apporter
le liquide jusqu’à cette interface

nous permettra d’augmenter
la vitesse d’un facteur 1000.

Ça va générer beaucoup de chaleur,

En tant que chimiste,

je suis passionné
par les transferts de chaleur.

Un jour, nos imprimantes 3D
seront si rapides

qu’elles seront refroidies à l’eau.

Comme nous faisons croître les objets,
il n’y a plus de couches.

Les pièces sont monolithiques.

On ne voit pas la structure de la surface.

La surface est moléculairement lisse.

Les propriétés mécaniques
de la plupart des pièces imprimées en 3D

sont notoirement influencées

par l’orientation
au moment de l’impression,

à cause de la structure
des couches additives.

Mais si on fait croître des objets ainsi,

l’orientation de l’impression
n’influence pas leurs propriétés.

Ils ressemblent à des pièces
injectées dans un moule.

C’est fondamentalement différent
de la fabrication additive.

Un autre avantage réside dans le fait

que l'on peut utiliser
n’importe quel polymère

mentionné dans les livres de chimie.

On peut concevoir des chimies
qui offrent les propriétés

vraiment recherchées
dans un objet imprimé en 3D.

(Applaudissements)

Le voici ! Super !

Il y a toujours un risque
que ça ne fonctionne pas sur scène.

On peut avoir des matériaux

aux propriétés mécaniques extra.

On va pouvoir obtenir des élastomères

très élastiques ou très amortissants.

Je pense au contrôle des vibrations
ou à des chaussures de course.

On peut créer des matériaux
d'une résistance incroyable,

avec un rapport résistance-poids élevé.
Des matériaux vraiment solides,

des élastomères fabuleux.

Je vous en lance un.

Ces matériaux ont
des propriétés fantastiques.

Si on parvient à fabriquer des composants

qui ont les propriétés
pour devenir une pièce finale,

et que la vitesse de production
est révolutionnaire,

ça nous ouvre l'opportunité
de transformer l'industrie.

Aujourd'hui, la fabrication
inclut un soi-disant fil digital.

Le processus est le suivant :
on part d'un dessin CAD,

on crée un prototype
et on passe à la fabrication.

Le fil digital est souvent
rompu au prototype.

Impossible de conserver ce fil digital

parce que beaucoup de composants

n'ont pas les propriétés
de la pièce finale.

Maintenant, nous pouvons
conserver le fil digital

du dessin à la fabrication
en passant par le prototype.

Ça ouvre tout un tas de possibilités :

des véhicules plus efficients,
avec de superbes propriétés structurelles,

un ratio élevé de robustesse
par rapport à son poids,

des nouvelles pales de turbines,
et plein d'autres merveilles.

Imaginez que vous ayez besoin d'un stent
pendant une urgence.

Le docteur ne prendrait plus un stent
aux dimensions standardisées

dans une armoire.

Il pourrait imprimer un stent
conçu pour vous, pour votre anatomie,

et qui prend en compte vos particularités.

Cette impression sur mesure
aurait lieu dans une situation d'urgence,

et conduirait à rendre le stent
inutile après 18 mois. Quel potentiel !

Imaginez une dentisterie digitale,
qui fabriquerait ce type de structure

pendant que vous êtes chez votre dentiste.

Voici quelques structures
créées par mes étudiants

à l'Université de Caroline du Nord.

Ce sont des microstructures remarquables.

Partout dans le monde, nous avons
du talent pour la nano-fabrication.

La Loi de Moore conduit à des échelles
plus petites que 10 microns.

On est très fort.

C'est par contre difficile de concevoir
des objets entre 10 et 1000 microns,

l'échelle moyenne.

Les techniques par soustraction
de l'industrie du silicone

ne sont pas appropriées.

La gravure n'est pas très bonne.

Notre processus est doux.

Il permet de construire
ces objets par élévation,

en utilisant la fabrication additive,

en quelques secondes.

Toutes les applications sont touchées :

les capteurs, les laboratoires sur puce,

les systèmes d'administration
de médicaments.

Pouvoir créer des composants en temps réel

avec les propriétés des pièces finales

rend la fabrication par impression 3D
vraiment viable.

C'est très enthousiasmant.
Nous sommes à l'intersection

entre les équipements, les logiciels
et la science moléculaire.

Je suis impatient de voir
ce que les concepteurs et ingénieurs

vont concevoir dans le monde
avec cet instrument formidable.

Merci.

(Applaudissements)