Comme vous le savez peut-être, l’impression 3D est une technologie qui ne se résume pas un seul et même procédé. Elle englobe une multitude de techniques, soit exactement 7 procédés normalisés qui ont chacun leurs propres avantages et applications. Cependant ces procédés partagent tous un principe commun : la fabrication par ajout successif de couches de matériau à partir d’un modèle numérique.
Une nouvelle technique vient cependant contredire cette définition, il s’agit de l’impression 3D volumétrique. Connue aussi sous le nom d’impression 3D holographique ou tomographique, cette technique révolutionnaire s’oppose au principe même de la fabrication additive.
Pour la première fois mise en oeuvre par des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), l’impression 3D volumétrique adopte en effet une méthode différente de l’approche traditionnelle en couches. Plutôt que de superposer des couches successives en 2D pour former un objet final en 3D, cette technique consiste à projeter de manière répétée un motif dans une cuve remplie de photopolymère liquide transparent sous une multitude d’angles.
Ce procédé dont l’appellation exacte est lithographie axiale calculée (CAL), fonctionne en fait de manière similaire à une tomodensitométrie inversée, sauf qu’au lieu de scanner l’objet, le motif projeté crée directement la forme. La pièce est donc réalisée en une seule opération. L’autre avantage de cette technique est qu’elle élimine la nécessité d’utiliser des supports et repose sur des matériaux spécifiques, principalement des résines transparentes et peu absorbantes, ce qui restreint l’emploi de matériaux opaques ou composites.
L’un des pionniers de l’impression 3D volumétrique s’appelle Xolo, une start-up allemande qui vient de mettre à jour son système dédié : la Xube². Une imprimante 3D qui vient littéralement casser les codes de la fabrication additive et de la stéréolitographie. Une innovation signée Stefan Hecht et Martin Regehly. Respectivement professeur de chimie et professeur de physique, ces deux allemands expliquent s’être inspirés de l’affichage volumétrique, une technique qui consiste à projeter des images dans un espace tridimensionnel pour créer des représentations visuelles immersives.
L’idée a été de reprendre ce principe mais en utilisant une résine photopolymère. C’est ainsi qu’est née la xolographie, une méthode d’impression 3D volumétrique à deux couleurs. À l’instar de la stéréolithographie, ce procédé utilise la lumière pour polymériser une résine. Toutefois, en projetant de la lumière dans une cuve remplie d’une résine transparente contenant des initiateurs, le durcissement se produit tout au long du chemin de la lumière, contrairement à la stéréolithographie.
Aperçu d’une impression réalisée sur la Xube² (crédits photo : Xolo)
Ici, le matériau ne commence à durcir que lorsqu’il est exposé à deux longueurs d’onde distinctes de lumière. Il nécessite donc à la fois une lumière bleue et une lumière rouge pour déclencher le processus de polymérisation. Le durcissement s’opère lorsque ces deux lumières se croisent et rencontrent l’initiateur simultanément.
La xolographie offre plusieurs avantages majeurs par rapport aux autres technologies d’impression 3D et celles utilisant la résine. Tout d’abord, elle est beaucoup plus rapide, car il n’y a pas de déplacement du plateau d’impression, permettant une polymérisation continue sans avoir à terminer chaque couche avant de passer à la suivante. Ensuite, les objets imprimés présentent une surface plus lisse, permettant de réaliser des composants de qualité optique sans nécessiter de polissage, ce qui n’est pas possible avec les technologies actuelles.
L’autre gros atout de cette approche, est que la résine elle-même soutient la structure durant l’impression, ce qui élimine le besoin de supports pour soutenir les parties en surplomb. La conséquence est que cela donne accès à des géométries encore plus complexes, tout offrant un gain de temps sur le post-traitement en supprimant le besoin d’enlever les structures de soutien.
Côté matériaux, la xolographie présente un autre avantage de taille. Contrairement aux imprimantes 3D SLA/DLP classiques qui ont besoin d’une résine fluide, elle utilise des résines très visqueuses, ce qui permet d’obtenir des objets plus résistants et durables en raison de la longueur accrue des chaînes moléculaires. Hors cette capacité à traiter très rapidement des résines à haute viscosité répond à un besoin de performances mécaniques et de productivité des entreprises. C’est d’ailleurs pour répondre à cette attente que le fabricant espagnol BCN3D a développé une technologie pour les résines visqueuses « Viscous Lithography Manufacturing (VLM) ».
« Bien que nous ayons réalisé des progrès significatifs, le voyage vers le plein potentiel du Xube² ne fait que commencer. Votre créativité sera cruciale pour façonner son avenir »
Le laboratoire Castilho de l’Université de technologie d’Eindhoven, est l’un des premiers exploiter la technologie d’impression 3D volumétrique de Xolo (crédits photo : Xolo)
Dernièrement Xolo a amélioré son imprimante 3D Xube² en intégrant plusieurs nouvelles fonctionnalités. Parmi celles-ci, on trouve un système permettant de remplacer rapidement la cuvette, facilitant ainsi les échanges de matériaux quasi instantanés. Ce mécanisme permet également de passer d’une résine à une autre, que ce soit des résines 405 nm ou 385 nm, grâce à des feuilles de lumière interchangeables.
La nouvelle machine offre également un contrôle complet des aspects thermiques du système, ce qui, selon Xolo, est crucial pour optimiser certains matériaux atypiques utilisés dans le Xube². Enfin, le logiciel qui gère le Xube² a été entièrement repensé pour offrir une flexibilité maximale à l’utilisateur, lui permettant de personnaliser le processus d’impression 3D selon ses besoins. Sur le papier, la Xube² sera capable d’une vitesse d’impression de 6 mm/ minute.
« Sa toute nouvelle interface utilisateur offre une facilité d’utilisation sans précédent, offrant d’excellents résultats d’impression tout en offrant aux utilisateurs avancés un contrôle total sur tous les paramètres, même pendant les travaux d’impression » ajoute Xolo.
L’une des raisons probables pour laquelle Xolo positionne actuellement son imprimante 3D comme un outil dédié à la recherche universitaire et industrielle, est que son volume d’impression ne dépasse pas les 80 mm.
En attendant de développer des capacités à plus grande échelle, la jeune pousse estime avoir déjà fort à faire. L’entreprise a identifié de nombreuses applications pour des objets complexes de taille réduite, et nécessitant une bonne qualité de surface. Hormis l’impression 3D à deux photons (2PP), les procédés de type SLA et à jets d’encre produisent des défauts comme les effets d’escalier, un phénomène récurrent lorsqu’on imprime des pièces aux formes courbes. Un des domaines d’application potentiel pourrait donc être la réalisation d’optiques et de dispositifs dentaires tels que des aligneurs, des modèles ou des attelles. L’idée est que la rapidité exceptionnelle de sa technologie permettrait de créer ce type de dispositifs presque instantanément, avec un très bon état de surface et dans des matériaux plus techniques.
Entre autres domaines d’applications, la biompression est également citée. En plus de sa rapidité, la Xolographie, contrairement à l’impression 3D traditionnelle couche par couche, offrirait l’avantage de ne pas stresser les cellules. En outre, les cuves scellables permettraient d’obtenir des modèles stériles et des impressions plus propres que les systèmes ouverts. Enfin, sa précision serait bien meilleure que les imprimantes à extrusion et DLP. Xolo mentionne d’ailleurs plusieurs instituts de recherches, dont les laboratoires de Castilho et Leijten, qui exploitent cette capacité.
« Avec une compatibilité améliorée pour les avancées futures, le Xube² ouvre de nouveaux horizons dans l’impression 3D traditionnelle et dans le domaine en pleine évolution de la bio-impression. » ajoute Xolo avant de conclure : « Bien que nous ayons réalisé des progrès significatifs, le voyage vers le plein potentiel du Xube² ne fait que commencer. Votre créativité sera cruciale pour façonner son avenir. »
Passionné par l’impression 3D, je dispense la bonne parole pour démocratiser et ouvrir cette technologie au plus grand nombre. Actualités, applications, interviews… J’œuvre pour démontrer aux particuliers et professionnels tout le potentiel de cet outil révolutionnaire. Entreprises, fablabs, distributeurs, associations, designers, je souhaite aussi créer à travers ce site une émulation entre les différents acteurs de ce domaine.
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