Le MIT développe une nouvelle technique pour imprimer de l’électronique en 3D

Aile d’avion transparente contenant de l'électronique imprimé en 3D

Aile d’avion transparente contenant des composants émetteurs et des récepteurs de lumière © Felice Frankel – MIT

Les travaux de recherche autour de l’impression 3D électronique se sont accélérés ces dernières années. Sur ce segment naissant où le nombre d’acteurs peut se compter sur les doigts d’une main, l’américain Optomec, mais surtout l’israélien Nano Dimension tiennent clairement la corde. Grâce à sa technologie à jet de matière et ses encres inkjet, ce dernier compte parmi les rares fabricants dans le monde à disposer d’un système fonctionnel pour fabriquer des circuits imprimés.

Dernièrement ce sont des chercheurs du MIT qui sont parvenus à imprimer des dispositifs constitués de fibres contenant plusieurs matériaux interconnectés, pouvant par éclairer, détecter leur environnement ou encore stocker de l’énergie. Décrite dans la revue Nature Communication, la nouvelle méthode d’impression 3D développée par cette équipe reposerait en fait sur des imprimantes 3D classiques de type FDM, équipées d’une buse spéciale et d’un nouveau type de filament pour remplacer le polymère habituel qui fond habituellement avant d’être extrudé.

Le filament développé par le MIT serait en fait doté d’une structure interne complexe composée de différents matériaux disposés dans une configuration précise et entouré d’un revêtement de polymère. Pour que seule la couche externe soit fondue, l’imprimante extrude le filament trois fois plus rapidement que la normale, tandis que la buse fonctionne à une température plus basse. En restant froid et solide, l’intérieur préserve ainsi les fonctions électroniques. La surface est fondue juste suffisamment pour faire adhérer les couches durant le processus d’impression, et produire une structure tridimensionnelle robuste.

Des composants émetteurs capables de détecter n’importe quelle microfissure

encres à filament multimatériel structurées conçues pour les systèmes fonctionnels imprimés en 3D

Encres à filament multimatériel structurées conçues pour les systèmes fonctionnels imprimés en trois dimensions. Crédit Nature Communications.

Pour fabriquer les fibres, les différents matériaux sont initialement assemblés en une version à plus grande échelle appelée préforme, qui est ensuite chauffée et étirée dans un four pour produire une fibre très étroite contenant tous ces matériaux, dans leurs mêmes positions relatives exactes, mais grandement réduit en taille.

À titre de démonstration, l’équipe du MIT a imprimé une aile de modèle d’avion transparente contenant des composants émetteurs et des récepteurs de lumière capable de détecter n’importe quelle microfissures susceptibles de se développer dans sa structure. « Unique en impression 3D, cette approche permet de construire des dispositifs de toutes les formes possibles, ce qui n’est possible jusqu’à présent par aucune autre méthode » Explique Gabriel Loke, étudiant au doctorat au MIT.

Cette nouvelle technique pourrait être utile dans plusieurs domaines, pour faire du prototypage de périphériques par exemple, mais aussi dans le biomédical. Les parties prenantes évoquent des matériaux pour implants biomédicaux, qui constitueraient un échafaudage pour la croissance de nouvelles cellules destinées à remplacer un organe endommagé, et où seraient intégrés des capteurs pour surveiller leur croissance. Toujours selon le même principe, on pourrait également imaginer des prothèses de membre sur-mesure, adaptées à l’anatomie du patient, qui intégreraient de l’électronique pour surveiller et contrôler le membre en place.

Le rapport intitulé « Filaments multimatériaux structurés pour l’impression 3D en optoélectronique » émane de travaux en partie financés par la National Science Foundation, le laboratoire de recherche de l’armée américaine et le bureau de recherche de l’armée américaine par l’intermédiaire de l’Institute for Soldier Nanotechnologie. L’équipe de chercheurs se compose de Rodger Yuan, étudiant diplômé du MIT; Michael Rein, ancien étudiant diplômé du MIT travaillant chez AFFOA; Tural Khudiyev, un postdoctorant, et Yash Jain, étudiant de premier cycle à la Stony Brook University de New York.