3D printing révolutionné : lumière, IA et un matériau intelligent pour des objets plus forts et moins chers

La technologie d’impression 3D par photopolymérisation, largement utilisée dans des domaines allant de la dentisterie aux prototypes complexes, est réputée pour sa rapidité et sa précision, mais souffre d’un inconvénient majeur : la fragilité des pièces imprimées, qui se cassent facilement sous choc. Une équipe de recherche de l’Université KAIST a développé une nouvelle approche permettant de surmonter cette faiblesse, ouvrant la voie à une fabrication plus robuste et économiquement viable de composants allant des implants médicaux aux pièces mécaniques de précision. Le professeur Miso Kim, de la faculté de génie mécanique, a mené cette étude qui a abouti à une technologie d’impression DLP (Digital Light Processing) innovante, publiée dans la revue Advanced Materials. Cette méthode utilise la lumière pour durcir un résine liquide (polymer), permettant de créer rapidement des structures précises. Bien que l’impression 3D photopolymérisée offre une grande flexibilité de forme, ses pièces restent souvent trop fragiles pour des applications exigeantes, contrairement aux pièces moulées par injection, qui sont plus durables mais nécessitent des moules coûteux et longs à fabriquer. Pour résoudre ce dilemme, l’équipe a combiné deux innovations clés. Premièrement, elle a conçu un matériau à base de polyuréthane acrylate (PUA) doté de liaisons dynamiques, offrant une capacité accrue d’absorption des chocs et des vibrations par rapport aux matériaux classiques. Deuxièmement, elle a appliqué la technologie du DLP en niveaux de gris, qui permet de contrôler intensité lumineuse pour obtenir des zones de différentes résistances à partir d’un même résine. Ce principe s’inspire du fonctionnement du corps humain, où l’os et le cartilage ont des propriétés mécaniques distinctes et complémentaires. Un algorithme d’intelligence artificielle joue un rôle central en analysant la géométrie de la pièce et les conditions de charge pour proposer automatiquement une répartition optimale de la résistance. Cette intégration entre conception structurelle et développement de matériaux permet une personnalisation fine des propriétés mécaniques au sein d’une même pièce. L’aspect économique est également majeur. Contrairement aux méthodes précédentes nécessitant des imprimantes multi-matériaux coûteuses et des processus complexes, cette nouvelle technique utilise un seul matériau et une seule étape de fabrication. Elle élimine les coûts liés à la gestion de plusieurs résines, à l’équipement spécialisé et aux délais de conception. L’IA accélère aussi le cycle de R&D, réduisant considérablement les coûts de développement. Selon le professeur Kim, « cette technologie étend simultanément les degrés de liberté en matière de propriétés matérielles et de conception structurelle ». Elle devrait permettre la fabrication d’implants sur mesure plus durables et confortables, ainsi que de pièces mécaniques plus résistantes. L’approche, qui allie robustesse, personnalisation et rentabilité, devrait s’imposer dans des secteurs exigeants comme le biomédical, l’aérospatial et la robotique. Des experts du secteur saluent cette avancée comme une rupture technologique majeure, soulignant que la combinaison de matériaux intelligents, d’impression contrôlée par lumière et d’IA représente une nouvelle génération d’impression 3D. L’entreprise KAIST Innovation, dédiée au transfert technologique, prévoit déjà des partenariats industriels pour déployer cette technologie dans les prochaines années.