L'idée de créer un objet physique à partir d'un fichier numérique semble passionnante. Elle se souvient des réplicateurs Star Trek qui peuvent tout faire, des vêtements aux pièces pour un vaisseau spatial et de la nourriture. L'impression 3D d'aujourd'hui fait des pas impressionnants dans cette direction, ce qui intéresse beaucoup de nombreux fabricants. Par exemple, il est devenu possible d'imprimer les composants de dispositifs électroniques complexes sur un équipement relativement simple - comme mon équipe de recherche vient de le
démontrer , en créant, à notre avis, le premier microphone imprimé sur une imprimante 3D.
Pour l'impression 3D, de nombreux
matériaux différents sont déjà disponibles, y compris ceux similaires au bois et à l'argent. Cependant, la plupart des machines sont limitées à travailler avec des matériaux synthétiques - plastique, polymères de caoutchouc et nylon. En règle générale, les machines impriment un seul matériau à la fois ou basculent sur une palette de deux à trois matériaux. Mais cela laisse encore un grand potentiel, notamment pour conférer aux matériaux des propriétés différentes. Cela peut être réalisé en mélangeant des nanoparticules d'un autre matériau qui a les propriétés dont vous avez besoin.
Si, par exemple, vous voulez que votre matériau conduise du courant, vous pouvez lui ajouter des nanotubes d'argent, d'or ou de carbone. Cela permet d'imprimer des circuits électroniques. Si vous avez besoin de piézoélectricité - la production d'électricité par compression - vous pouvez ajouter du titanate de baryum au matériau. L'objet résultant peut être transformé en un capteur de son ou de chaleur, ou en un moteur électrique, un appareil qui fait bouger d'autres composants.
En basculant entre les circuits, les capteurs et les actionneurs au cours d'une seule impression, vous pouvez créer un composant électronique fonctionnel dans son ensemble. Ces dernières années, les gens ont utilisé cette technique pour fabriquer des éléments tels que
des composants optiques pour lentilles ou panneaux, ou des
accéléromètres - des appareils qui mesurent le mouvement de divers objets, d'une personne qui court aux tremblements de terre. Elle nous a également permis de créer notre microphone, de le traduire d'un fichier numérique en réalité en seulement six heures.
Déposez votre plastique
Idéalement, nous aimerions utiliser l'une des imprimantes 3D populaires de MakerBot, dont le coût commence à 1000 £, mais ils n'aiment pas ajouter de minuscules particules au matériau. Ils fonctionnent en serrant un fil de plastique, qui se refroidit et se solidifie ensuite, et les nanoparticules obstruent ce système - surtout si vous en ajoutez beaucoup pour améliorer les propriétés du matériau.
Au lieu de cela, nous avons utilisé l'Asiga Pico 27 plus au prix de 6 000 £. Il utilise le «
traitement numérique de la lumière » et durcit le plastique en l'illuminant avec une lumière ultraviolette. La lumière est construite avec 4000 micromiroirs, similaires à ceux utilisés dans les projecteurs domestiques. Pour créer un modèle, l'imprimante projette un ensemble d'images bidimensionnelles sur du plastique liquide et déplace légèrement le modèle vers le haut chaque fois que la couche est durcie. Les nanoparticules modifient la durée d'éclairage nécessaire au durcissement et absorbent et diffusent légèrement la lumière incidente, mais en tenant compte de cela, l'impression peut être effectuée avec succès.
L'un des inconvénients de cette technologie est qu'elle n'est pas bonne pour changer les types de matériaux. Le matériau source étant du plastique liquide, il doit être conservé dans des conteneurs: le modèle est immergé dans du liquide lors de l'impression de chaque couche suivante. Pour changer le matériau, vous devez tout arrêter et changer les réservoirs manuellement, avant d'imprimer la couche suivante.
Cela peut être contourné en laissant un trou dans le modèle à la place d'un autre matériau. Ensuite, vous pouvez modifier les matériaux et imprimer à l'intérieur de ce trou, ce qui donne un objet en trois dimensions avec des propriétés internes interconnectées.
Que se passera-t-il ensuite
Les problèmes techniques de l'impression 3D d'un microphone de travail sont principalement liés au contrôle du processus, au choix du temps d'exposition au rayonnement ultraviolet avec une précision de quelques millisecondes et à la combinaison et au mélange soigneux de différents matériaux. Le résultat final est un appareil qui se comporte presque comme un microphone normal, à l'exception du mauvais rapport signal / bruit et de la résistance trop importante des couches conductrices. Il, par exemple, ne peut pas être comparé à un microphone en silicone dans votre smartphone.
Notre microphoneD'autres équipes qui ont essayé d'imprimer avec des matériaux nanocomposites ont rencontré des problèmes similaires. Dans la fabrication des composants optiques ou des accéléromètres que j'ai mentionnés, ils essayaient généralement soit d'incorporer des micropuces et des capteurs préfabriqués dans des objets imprimés, soit de corriger le plastique après l'impression. Nous n'avons pas encore atteint le point où il sera possible, par exemple, d'imprimer un smartphone de qualité décente à partir de zéro: Samsung et Apple peuvent encore se détendre.
Cependant, nos capacités actuelles nous offrent encore des possibilités incroyables, en particulier parce que les bons lecteurs sont plus faciles à imprimer que les bons capteurs. Bienvenue dans le domaine émergent de
la robotique douce , où il est possible d'imprimer des mains qui
capturent aussi doucement et avec précision que les mains humaines; ou des nanorobots,
déballés comme l'origami, lorsqu'ils atteignent l'organe souhaité dans le corps humain; ou même des robots entiers, comme les
poissons par référence , capables d'imiter les mouvements complexes des animaux.
Des prototypes de tels appareils existent déjà, bien qu'ils combinent des composants imprimés et conventionnels. Après 10 ans, très probablement, il sera possible d'imprimer le tout. Ainsi, tout comme les personnages de Star Trek du 24e siècle, nous pourrons bientôt sélectionner un fichier avec un appareil intéressant et l'imprimer sur commande. Que dites-vous - tentacule robotique douce? Eh bien, alors que pour de telles choses, il n'y a pas encore d'applications mobiles, mais ce n'est qu'une
question de temps .