(crédits photo: Massachusetts Institute of Technology (MIT)
Soutenue par une recherche sans précédent, l’offre de matériaux d’impression 3D a littéralement explosé ces dernières années. Particulièrement prolifique en la matière, le MIT a partagé de nouveaux travaux concernant cette fois-ci l’impression 3D de solénoïdes. Une avancée qui pourrait transformer la production électronique, en la rendant à la fois plus facile, moins coûteuse, et plus durable.
Pour comprendre l’intérêt de tels travaux, il faut savoir qu’un solénoïde est un dispositif électromagnétique composé d’une bobine de fil conducteur enroulée autour d’un noyau. Lorsqu’un courant électrique traverse la bobine, il crée un champ magnétique à l’intérieur du solénoïde, ce qui peut être utilisé pour générer du mouvement ou pour induire un courant électrique dans d’autres circuits à proximité.
Essentiels à de nombreux appareils de notre quotidien comme les machines à laver ou les lave-vaisselle, et d’autres applications où un contrôle précis du champ magnétique est nécessaire comme des respirateurs ou des appareils de dialyse, les solénoïdes impliquent des techniques de fabrication complexes. Face aux nombreux obstacles qui doivent être surmontés pour développer des appareils électroniques entièrement imprimés en 3D, une équipe du MIT a franchi une première étape en imprimant des solénoïdes complets en 3D.
Là où habituellement la fabrication traditionnelle d’un solénoïde requiert l’utilisation de différents matériaux, et se trouve limitée par dans sa complexité géométrique et sa taille, l’impression 3D pourrait permettre de s’affranchir de ses limites. « L’intégration de solénoïdes sur des circuits électriques fabriqués en salle blanche pose des défis importants, car ils ont des facteurs de forme très différents et sont fabriqués à l’aide de processus incompatibles qui nécessitent un post-assemblage. » explique le MIT. « Avec la fabrication additive, on peut produire des appareils de pratiquement n’importe quelle taille et forme. Cependant, cela présente ses propres défis, car la fabrication d’un solénoïde implique l’enroulement de fines couches constituées de plusieurs matériaux qui peuvent ne pas être tous compatibles avec une seule machine. »
« au lieu d’expédier des pièces électroniques de remplacement vers une base sur Mars, ce qui pourrait prendre des années et coûter des millions de dollars, on pourrait envoyer un signal contenant des fichiers pour l’imprimante 3D »
Le célèbre MIT, un institut de recherche américain et une université, spécialisé dans les domaines de la science et de la technologie (Image par Joakim Roubert de Pixabay)
Le défi des chercheurs a donc été de développer une imprimante 3D qui soit capable d’imprimer en une seule étape des solénoïdes compacts. Le fait de les fabriquer en une seule fois permet de limiter les défauts qui pourraient apparaître lors de l’assemblage. Pour ce faire, les protagonistes expliquent avoir modifié une imprimante 3D multi-matériaux, laquelle a permis de fabriquer des solénoïdes capables de résister à deux fois plus de courant électrique, et de générer un champ magnétique trois fois plus élevé que celui des autres appareils imprimés en 3D.
Côté matériau, l’équipe de chercheurs indiquent avoir modifié l’imprimante de manière à ce qu’elle puisse extruder des pastilles plutôt que des filaments. La raison invoquée est qu’imprimer avec un nylon souple chargé en microparticules métalliques est pratiquement impossible avec un filament.
« L’utilisation du matériau conducteur posait également des problèmes, car il commençait à fondre et coinçait la buse. Les chercheurs ont découvert que l’ajout d’une ventilation pour refroidir le matériau empêchait cela. » ajoute Luis Fernando Velásquez-García, chercheur principal au MIT, Laboratoire de technologie des microsystèmes (MTL). « Ils ont également construit un nouveau support de bobine pour le filament conducteur qui était plus proche de la buse, réduisant ainsi la friction qui pourrait endommager les brins minces. »
Avec leur imprimante modifiée qui ne coûterait pas plus de 4 000 dollars, les chercheurs sont parvenus à fabriquer des solénoïdes environ 33 % plus petits que les autres versions imprimées en 3D. Luis Fernando Velásquez-García estime qu’en plus de son impact sur la réduction des coûts de l’électronique sur Terre, cette solution pourrait être d’une grande utilité pour les missions d’exploration spatiale. « Par exemple, au lieu d’expédier des pièces électroniques de remplacement vers une base sur Mars, ce qui pourrait prendre des années et coûter des millions de dollars, on pourrait envoyer un signal contenant des fichiers pour l’imprimante 3D« . explique t-il.
Si le MIT est souvent mis à l’honneur pour ses travaux dans le domaine de l’impression 3D, la recherche française n’a pas à rougir. En 2021, PRIMANTE3D interviewait l’institut Jean Lamour du CNRS au sujet d’une imprimante capable de fabriquer sans post-traitement des objets aimantés.
