En témoignent les nombreuses innovations de notre quotidien issues du biomimétisme, les solutions aux problèmes les plus complexes se trouvent parfois juste sous nos yeux. L’impression 3D ne fait pas exception. Une équipe de l’Université du Hunan, a démontré comment le curcuma, une épice comme chacun sait très utilisée en cuisine, pouvait améliorer la précision de l’impression 3D céramique en optimisant la diffusion de la lumière dans les résines photopolymères.
En effet, l’une des problématiques que l’on peut rencontrer avec les imprimantes 3D céramiques, plus exactement celles fonctionnant selon un procédé par photopolymérisation en cuve, est que la diffusion de la lumière dans la résine chargée en céramique, provoque une polymérisation au-delà de la zone souhaitée, ce qui réduit la précision des pièces.
L’explication de ce phénomène tient dans la nature des particules céramiques. Leur indice de réfraction différent de celui de la résine, a pour effet de dévier la lumière de sa cible. Cela crée une lumière « parasite » autour de la zone exposée, provoquant ainsi une polymérisation là où elle n’était pas souhaitée.
Des petits détails et des canaux fins peuvent alors se boucher, ce qui limite la résolution des pièces et la capacité à fabriquer des structures complexes.
La découverte des scientifiques est que le curcuma, plus exactement son principe actif appelé curcumine, agit comme un absorbeur de lumière. Les protagonistes expliquent que son pigment jaune naturel absorbe une partie de la lumière parasite diffusée dans la résine, ce qui permet de mieux contrôler la polymérisation et d’obtenir des pièces céramiques plus précises, sans ralentir fortement le procédé.
Sa structure moléculaire permet également de neutraliser les radicaux libres générés par cette lumière, réduisant davantage la polymérisation indésirable.
« Cette dépendance entre énergie d’exposition et dose lumineuse était atténuée lorsque la concentration en curcumine était plus élevée »
En testant leur théorie sur plusieurs types de céramique dont l’alumine (Al₂O₃) comme matériau d’impression 3D de référence, avec une comparaison entre Al₂O₃ pure et Al₂O₃ contenant de la curcumine, l’équipe est parvenue à atteindre une précision de 26,1 µm, tout en conservant des ouvertures de 50 µm.
L’autre observation intéressante concerne le post-traitement. Lors des étapes finales de déliantage et de frittage, une opération indispensable avec l’impression 3D céramique par photopolymérisation, la curcumine est entièrement éliminée, sans laisser de résidus, permettant ainsi d’obtenir une pièce présentant une densité et des propriétés mécaniques optimales.
« À faible concentration de curcumine (0,005 % en masse), le taux de structures non résolues dans la céramique Al₂O₃ restait faible sous une exposition lumineuse modérée (20–30 mJ·cm⁻²). Cependant, une forte augmentation du taux de structures non résolues était observée à 40 mJ·cm⁻², probablement en raison de la consommation complète de la curcumine par l’intensification de la lumière diffusée. L’ajout d’une quantité suffisante de curcumine permettait de supprimer efficacement cette forte augmentation (figure 3(l)). » peut-on lire dans les travaux.
« Fait intéressant, lorsque l’intensité d’exposition augmentait, le taux de structures non résolues augmentait progressivement et présentait une relation presque linéaire. Cette dépendance entre
énergie d’exposition et dose lumineuse était atténuée lorsque la concentration en curcumine était plus élevée (par exemple, de 0,01 % à 0,015 % en masse pour Al₂O₃, et de 0,02 % à 0,03 % pour SiC), grâce à une absorption physique accrue de la lumière. »
Preuve de son potentiel, cette approche, simple et peu coûteuse, a été démontrée sur plusieurs céramiques (Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂ et SiC). Les test d’impression ont permis d’obtenir des structures fines et complexes avec une meilleure fidélité dimensionnelle que certains photoabsorbeurs conventionnels, sans perturber les étapes de déliantage et de frittage.
Une piste qui demandera bien sûr à être confirmée, notamment dans son déploiement à grande échelle, mais bienvenue étant donné la dynamique actuelle de cette technologie, à fortiori dans les secteurs exigeants tels que ceux l’aérospatiale et de la santé.
