Des chercheurs impriment en 3D des microstructures de glace

A l’université de Carnegie Mellon, située en Pennsylvanie, des chercheurs en ingénierie affirment avoir réussi à imprimer en 3D des microstructures de glace. Ils utiliseraient ces structures comme des moules sacrificiels, permettant alors de créer des canaux internes ou des conduits avec une finesse et une précision des plus élevées. Grâce à ce procédé d’impression 3D de glace, les chercheurs espèrent développer des applications utiles pour l’ingénierie biomédicale, la fabrication avancée et l’art. 

Alors qu’on a pour habitude de couvrir des avancées dans le domaine des thermoplastiques ou encore des métaux, il est plus rare de trouver des innovations autour de l’eau comme matériau d’impression ! C’est un choix intéressant pour ces chercheurs de par sa biocompatibilité et sa capacité à se transformer rapidement et facilement en glace. Bien évidemment, l’équipe a rencontré de nombreux défis quant à la définition des paramètres d’impression.

La méthode de fabrication développée (crédits photo : université Carnegie Mellon)

Le processus d’impression 3D de glace

Akash Garg, étudiant au doctorat en génie mécanique, et Saigopalakrishna Yerneni, associé postdoctoral en génie chimique, ont développé le procédé d’impression. Concrètement, ils ont déposé des gouttelettes d’eau sur un plateau à température contrôlée de -35 °C, permettant de transformer l’eau en glace extrêmement rapidement. Il leur a fallu de multiples itérations avant de trouver la bonne trajectoire d’impression, la vitesse du mouvement de la buse et la fréquence de dépôt des gouttelettes pour pouvoir créer des structures lisses avec des géométries bien définies. Le tout en proposant un modèle reproductible. Grâce au changement de phase rapide de l’eau et à la résistance de la glace, les chercheurs ont pu imaginer toutes sortes de forme, sans structures de support. 

Ainsi, après plusieurs tests, l’équipe explique avoir créé plusieurs formes à l’échelle microscopique comme un arbre, une hélice ou encore une pieuvre. Akash Grag poursuit : “Grâce à notre procédé de glace imprimée en 3D, nous pouvons fabriquer des modèles de glace à micro-échelle avec des parois lisses et des structures ramifiées avec des transitions lisses. Ces modèles peuvent ensuite être utilisés pour fabriquer des pièces à l’échelle microscopique avec des vides internes bien définis.”

Exemples de structures imprimées en 3D (crédits photo : université Carnegie Mellon)

Ces structures de glace serviraient donc de modèles sacrificiels pour concevoir des pièces finales plus complexes. Les chercheurs appellent cette méthode d’impression « inside out » ou de l’intérieur vers l’extérieur. Concrètement, une fois terminées, les structures peuvent être baignées dans un liquide ou le gel d’un matériau structurel réfrigéré tel que la résine. Une fois que celui-ci a durci, l’eau peut être retirée facilement de la pièce, soit en faisant fondre la glace, soit en la transformant en vapeur d’eau. Cette seconde méthode offre un retrait facile après le moulage, permettant d’obtenir des canaux internes lisses et précis.

L’équipe conclut : « Nous pensons que cette approche a un énorme potentiel pour révolutionner l’ingénierie tissulaire et d’autres domaines, où des structures miniatures avec des canaux complexes sont demandées, comme pour la microfluidique et la robotique douce. » Vous pouvez retrouver davantage d’informations sur ce procédé d’impression 3D de glace ICI.

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*Crédits photo de couverture : Prime Time PBC