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Programmer des matériaux par impression 4D? - Par : Substance,

Programmer des matériaux par impression 4D?


L’impression 4D… pour programmer des matériaux? Pouvez-vous imaginer voir de la fibre de carbone et des pièces de bois bouger et se reformer par eux-même? Bien oui, c’est aussi ça l’impression 4D!

Il y a un peu plus d’un an, nous avons publié un article présentant le concept d’impression 4D intitulé « L’impression 4D… Qu’en est-il? » sur la plateforme d’actualité scientifique Substance ÉTS de l’École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal. Ce présent article fait état des dernières avancées dans ce domaine à la fine pointe de la technologie. Mais tout d’abord, quelques notions de base pour comprendre l’importance de cette science en émergence.

Introduction à l’impression 4D

L’impression 4D consiste à imprimer des pièces en 3D qui vont ensuite s’assembler ou prendre forme toutes seules. Skylar Tibbits,  architecte et informaticien de profession, est le directeur du laboratoire « Self-Assembly Lab » au MIT, États-Unis. Dans ce laboratoire, des designers, scientifiques et ingénieurs réalisent des recherches dans le but  de créer des technologies d’auto-assemblage visant à réimaginer les processus de construction, de fabrication et d’infrastructure architecturale.  Avec quelques partenaires et commanditaires, ils inventent le concept d’impression 4D  (4D printing).

Matériaux programmables

Leurs premiers travaux de recherche ont porté sur l’auto-assemblage des pièces pour démontrer le principe de l’impression 4D. Cet article porte sur leurs derniers travaux : ils ont trouvé comment programmer différents matériaux. Par matériaux programmables, le groupe de Skylar Tibbits définit ce concept comme étant :

« des compositions de matériaux qui sont conçues pour devenir très dynamiques dans la forme et la fonction,  rentables à titre de matériaux traditionnels, faciles à travailler et capables d’être expédiées sous une forme plate pouvant s’auto-assembler. Ces nouveaux matériaux comprennent la fibre de carbone, le bois, des composites textiles, des caoutchoucs et des plastiques qui offrent des fonctionnalités sans précédent comme les actionnements programmables (programmable actuation), la perception (sensing) et l’auto-transformation. »

MIT Self-Assembly Lab Team. Traduction libre :  15 janvier 2015.

Programmer la fibre de carbone

La fibre de carbone est utilisée dans plusieurs produits pour renforcer les matériaux composites. C’est un matériau qui possède des caractéristiques très recherchées : il est léger, de faible densité tout en possédant une résistance élevée à la traction et à la compression et une bonne flexibilité.

L’équipe du « Self-Assembly Lab » a réussi à programmer ce matériau pour qu’il se transforme de façon autonome. Ils ont imprimé un matériau actif sur de la fibre de carbone souple complètement durcie. Ils utilisent la chaleur comme activateur pour qu’elles se transforment de façon autonome.

Deux entreprises ont développé, à l’aide de cette technologie, des pièces auto-transformables. La compagnie Briggs Automotive Company (BAC), le fabricant de la première voiture monoplace conçue pour la route (la « Mono »), a développé un aileron de voiture sport auto-transformable. 

 

Une seule pièce en fibre de carbone programmable modifie sa forme pour créer un avantage aérodynamique qui améliore la performance du produit. Cette approche ne nécessite pas de systèmes électroniques, capteurs, actionneurs ou autres. Il diminue le poids total et minimise les risques de défaillance des mécanismes exposés.

 

De la même façon, la compagnie Airbus a conçu un volet de moteur qui se transforme de manière autonome.

Programmer le bois

Pas facile de faire plier le bois : il faut de l’expertise, de l’équipement de vaporisation sophistiqué et des processus de production demandant du temps et de la main-d’œuvre spécialisée. Il faut en plus tenir compte des caractéristiques des différentes essences de bois et de leur structure granulaire. L’équipe de ce laboratoire a développé des méthodes novatrices pour programmer le bois en imprimant sur des composites de bois, des formes qui peuvent s’auto-transformer.

Actuellement, le bois se transforme dans de l’eau mais de nouveaux processus sont en cours de développement.

Programmer des textiles

Nous utilisons et transformons les textiles depuis fort longtemps! Pour donner des formes rigides aux textiles, il faut utiliser des méthodes de formage complexes à l’aide de moules tout aussi complexes. Ils ont trouvé de nouvelles façons de permettre aux textiles de s’auto-transformer en variant l’épaisseur. Ces méthodes simplifiées peuvent présenter des avantages importants pour les secteurs de la fabrication de meubles, d’emballage, du transport et autres secteurs manufacturiers.

Programmer dans l’eau, l’air…

Les recherches se poursuivent au « Self-Assembly Lab » pour trouver de nouvelles façons pouvant permettre de programmer les matériaux comme en témoignent ces deux vidéos.

De belles avancées que nous souhaitons voir appliquer sur des produits ou systèmes en usage dans un avenir rapproché…

 


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