Des chercheurs de l'Université de Tokyo développent une nouvelle méthode d'impression 4D pour une fabrication plus efficace et plus durable

Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont dévoilé une nouvelle méthode combinant l'impression 2D, l'origami et la chimie pour réaliser une fabrication rapide d'objets 3D sans générer de déchets matériels.

Connue sous le nom d’impression 4D, cette méthode introduit une approche distincte de la fabrication 3D, avec le potentiel de surmonter les limites et d’ouvrir des perspectives intrigantes pour diverses industries. Contrairement aux techniques d’impression 3D couche par couche conventionnelles qui entraînent des temps de production allongés et un gaspillage de matériaux, les chercheurs se sont inspirés de l’impression 4D. Ici, des matériaux aux propriétés uniques se plient automatiquement en formes 3D complexes dans des conditions spécifiques, tirant parti du temps comme aspect crucial de la transformation.

« Notre plus grand défi a été d'affiner les options en matière de matériel et de matériaux, ce qui a pris plus d'un an pour parvenir aux choix finaux », a déclaré Koya Narumi, professeur adjoint de projet au Département de génie électrique et de systèmes d'information de l'Université de Tokyo. « Mais tous ces essais et erreurs en valaient la peine ; par rapport aux recherches précédentes autour de cette même idée de base, nous avons amélioré la résolution de sortie de 1 200 fois, ce qui signifie que les conceptions que nous pouvons créer ne sont pas seulement des nouveautés, mais peuvent être utilisées pour des applications réelles. À l’avenir, nous pourrions explorer des matériaux fonctionnels, tels que des encres conductrices ou magnétiques, qui pourraient permettre la création de machines et d’autres dispositifs fonctionnels.

Une nouvelle méthode pour une fabrication rapide et sans déchets

Au cœur de la technique se trouve une imprimante à jet d’encre spécialisée conçue pour gérer les matériaux réactifs aux UV. Bien que ces imprimantes puissent entraîner un coût plus élevé, elles sont facilement accessibles dans les communautés de créateurs et les ateliers partagés. L’imprimante applique avec précision un motif origami 2D sur les deux faces d’une feuille de plastique thermorétractable. De plus, l'encre utilisée dans le processus d'impression n'est pas affectée lors du rétrécissement ultérieur, garantissant ainsi qu'elle conserve sa flexibilité même après séchage. En incorporant stratégiquement des espaces entre les sections d'encre de chaque côté, les concepteurs obtiennent un contrôle précis sur la direction de pliage de la feuille.

Le processus d'auto-pliage est déclenché en soumettant le drap plat à de la chaleur avec de l'eau chaude. En raison de cette exposition à la chaleur, la feuille de base subit un retrait. Au cours de ce processus, l’encre, qui présente une résistance au rétrécissement, joue un rôle central, amenant le matériau à se plier spontanément pour former une structure complexe semblable à celle d’un origami.

"Mon équipe et moi avons découvert comment utiliser des outils et des matériaux accessibles pour créer des objets 4D auto-pliables", a ajouté Narumi. « Essentiellement, nous créons des feuilles plates avec des motifs d'origami dessus, et ces motifs peuvent être complexes, prenant même des heures à un artiste d'origami expérimenté. Mais grâce à notre procédé spécial, vous pouvez verser de l’eau chaude sur ces draps plats et les regarder prendre des formes 3D complexes en quelques secondes.

Les chercheurs ont exprimé leur enthousiasme quant au potentiel significatif de cette technique unique dans diverses applications. Parmi ceux-ci, l’industrie de la mode devrait en bénéficier, car elle est souvent aux prises avec le gaspillage de matériaux, en particulier dans le contexte des créations sur mesure. La capacité de la technologie à transporter des objets imprimés en 4D alors qu’ils restent à plat offre une solution attrayante pour surmonter les obstacles logistiques et de stockage, ce qui en fait une option pragmatique pour les conditions de reprise après sinistre. Les éléments essentiels comme le matériel médical peuvent être imprimés sous forme de formes plates et transformés sur place en objets 3D entièrement fonctionnels.

Comme l'ont indiqué les chercheurs, le processus d'impression 4D fait actuellement l'objet d'une exploration et d'un développement continus, ce qui donne un aperçu d'un avenir potentiel dans lequel une fabrication rapide et sans déchets pourrait devenir une réalité. Les chercheurs ont déclaré qu’ils « anticipent avec impatience » sa mise en œuvre pratique et son impact sur diverses industries.

Impression 4D : la prochaine frontière de la fabrication 3D

Des chercheurs chinois de l’Université de Tianjin ont réussi à imprimer en 4D un robot souple automoteur capable de se déplacer de manière indépendante. Construit avec un matériau élastomère à cristaux liquides, le robot présentait une structure en forme de tube qui s'auto-assemblait lors d'une exposition à la chaleur. Grâce à des modèles de pliage intelligemment programmés, les chercheurs ont induit une tension dans le corps du robot, lui permettant de rouler d'une manière similaire à une bûche. Notamment, ce robot souple imprimé en 4D a présenté des capacités supérieures, notamment traverser des surfaces planes, gravir une pente de 20° et transporter avec succès une charge jusqu'à 40 fois sa propre masse.