Nanoscribe poursuit sa quête de l’infiniment petit avec une nouvelle imprimante 3D

pièces imprimées par Nanoscribe

Dans le domaine de l’impression 3D l’infiniment petit côtoie l’infiniment grand, avec une diversité d’applications sans équivalent. L’être humain est ainsi fait qu’il sera plus impressionné par l’impression d’une maison en béton, que celle d’un auto-portrait en résine de quelques microns. Pourtant la micro-impression compte parmi les domaines les plus complexes et les plus prometteurs de la fabrication additive. Les applications pour la santé sont particulièrement excitantes notamment pour le traitement de certaines maladies comme le cancer. Imprimer des nano-robots capables de délivrer un médicament à un endroit bien précis dans le corps, pourrait permettre des avancées considérables.

Cette technologie de l’invisible, seules deux entreprises dans le monde la maîtrisent : la jeune pousse française Microlight3D et l’allemand Nanoscribe. Cette dernière, fondée en 2007 en tant que spin-off de l’ institut de technologie de Karlsruhe, a développé une technologie de polymérisation à deux photons (2PP) permettant la fabrication nanométrique et micrométrique.

Pour imprimer à une échelle si petite, les imprimantes de Nanoscribe embarquent des optiques de pointe capables de focaliser les faisceaux laser jusqu’à des largeurs microscopiques. La solidification se produit au sein d’une gouttelette de résine photopolymère. L’autre arme secrète de l’entreprise, c’est un procédé de lithographie à deux photons en niveaux de gris appelé « 2GL ». En instance de brevet celui-ci repose sur une résine spéciale qui ne se solidifie que lorsque plusieurs photons la frappent. L’objet de taille nanométrique se dessine là où la lumière absorbée est la plus élevée.

Une imprimante 3D spécialement conçue pour la fabrication d’éléments optiques diffractifs

imprimante 3D Quantum X

Système Quantum X de Nanoscribe – Image via Nanoscribe.

L’entreprise qui comptabilise déjà plus de 1500 utilisateurs dans 30 pays, a récemment lancé sa toute dernière machine : la Quantum X. Officialisée à l’occasion du salon LASER World of Photonics 2019, cette nouvelle imprimante 3D a été spécialement conçue pour la fabrication d’éléments optiques diffractifs (DOE).

Ces dispositifs sont utilisés pour mettre en forme des faisceaux laser ou les séparer en plusieurs faisceaux. Le principe physique sous-jacent est une diffraction induite par un réseau. Les DOE peuvent contrôler avec précision la trajectoire et la «forme» du laser. Les micro-optiques sont également utilisées dans les scanners LIDAR et les traitements médicaux au laser.

Alors qu’en temps normal la fabrication de DOE peut prendre jusqu’à douze étapes, la Quantum X passe elle directement de la CAO à l’impression. « L’utilisation de ce nouvel appareil permet d’éviter la fabrication coûteuse de masques, l’enduction par centrifugation et la pré- ou post-cuisson lorsqu’il est utilisé avec des photorésines Nanoscribe. Ces matériaux en résine sont faciles à manipuler, permettent des rapports d’aspect élevés et permettent des structures élevées, approchant les limites de ce qui est physiquement possible.» Explique le fabricant allemand. « Le procédé de fabrication avec Quantum X permet une large gamme de substrats, y compris les substrats transparents et opaques, acceptant des tailles allant jusqu’à six pouces de wafers. »

Présentation de la Quantum X – Crédit Photo: Chris Frühe

Lorsqu’on la compare aux imprimantes classiques, la capacité de microfabrication de Quantum X impressionne. En effet, il n’est plus question de micromètre mais bien de nanomètres ! La taille minimale sur l’axe XY peut ainsi atteindre les 160 nm et 200 nm, soit seulement 0.00016mm et 0.00020mm.

Côté vitesse, Nanoscribe revendique une vitesse de balayage laser d’environ 250 mm/s, et pour le volume de fabrication des pièces pouvant mesurer jusqu’à 50 mm x 50 mm. A titre d’indication, la Quantum X serait capable d’imprimer un cube de 3 mm en l’espace d’une heure. Les éventuels acquéreurs devront également prendre en compte l’encombrement de l’appareil (99 × 153 × 175 cm) ; pour un poids total de tout de même 1200 kg. De même que sa température de fonctionnement. De 20 ° C, elle ne peut s’écarter de plus de 2 degrés.

Selon une étude menée par le cabinet SmarTech Publishing, les pièces et prototypes imprimés en 3D utilisant des nanomatériaux pourraient atteindre 1,04 milliard de dollars en 2028. Les secteurs de l’électronique et médical représenteraient à eux seuls jusqu’à 60% de l’activité des nanomatériaux imprimés en 3D.