Impression 4D

Impression 4D 2

La fabrication additive (plus communément appelée impression 3D) est définie comme l’ensemble des « procédés consistant à assembler des matériaux pour fabriquer des pièces à partir de données de modèle en 3D. En général la fabrication est réalisée couche après couche, à l’inverse des méthodes de fabrication soustractive et de fabrication mise en forme » [1]. À l’image des réseaux de téléphonie mobile (3G, 4G et maintenant 5G), une nouvelle technologie de fabrication additive émerge : la 4D. Aussi, ABGI s'intéresse aux concepts qui se cachent derrière ce nom ?

4D, 4 dimensions ?

Il semblerait que l’expression « impression 4D » ait été présentée lors d’un Ted Talk du professeur Skylar TIBBITS en 2013. Puis, il sera à nouveau utilisé dans un article scientifique publié l’année suivante [2][3]. En effet, cette expression a d'abord été définie comme « impression 3D + à temps » [3][4].

La définition a depuis évolué. En effet, on peut décrire l’impression 4D comme

  • « l’interaction matériaux intelligents – fabrication additive » [5]
  • ou comme « l’évolution dans le temps, dans sa forme, ses propriétés et sa fonction d’une structure imprimée en 3D, lorsqu’elle est exposée à la chaleur, à la lumière, à l’eau, à une variation de pH, etc. » [6].

Aussi, les méthodes de fabrication par impression 4D sont les mêmes que celles utilisées en impression 3D (ou fabrication additive), parmi lesquelles on peut citer :

  • L'extrusion,
  • La fusion par laser,
  • Ou encore, le dépôt par énergie concentrée, etc. [5].

Les matériaux intelligents et les stimuli

Les matériaux intelligents sont définis comme des matériaux qui peuvent se modifier sous l’effet d’un stimulus. La Figure 1 présente une classification de ces matériaux selon les stimuli auxquels ils répondent [7].

Impression 4D

Figure 1 : Classification de matériaux intelligents.

Parmi les matériaux thermosensibles, on peut citer les matériaux à mémoire de forme, qui peuvent être de nature variée :

  • Tout d'abord, les alliages,
  • Puis, les métaux,
  • Ou, les polymères,
  • Mais aussi, les céramiques, etc.

Ainsi, l’effet mémoire de forme est défini comme la capacité qu’à un matériau à être déformé dans un certain domaine de température et à retrouver sa forme initiale sous l’action de la chaleur [8][9]. Les polymères à mémoire de forme (matières plastiques) sont appréciés pour leur facilité de mise en œuvre.

La Figure 2 décrit un exemple d’objet fabriqué par impression 4D via l’utilisation de polymères à mémoire de forme : la boîte qui se plie seule.

Impression 4D 1

Figure 2 : Boîte construite en polymère à mémoire de forme.

Applications

Il apparaît que l’impression 4D introduit un caractère dynamique que les objets élaborés par fabrication additive ne possèdent pas. Cela lui permet d’être considérée pour les applications suivantes.

La délivrance de médicament ciblée permet d’amener une substance médicamenteuse à un endroit précis du corps. Les structures fabriquées par impression 4D contiennent la substance en question. Puis, ils la relâchent lorsque la zone ciblée fournit le stimulus requis. C’est dans ce contexte que peuvent être utilisés des contenants comme celui illustré sur la Figure 2 [7].

Les stents ou endoprothèses vasculaires sont des appareils médicaux pouvant bénéficier de l’impression 4D. En effet, il est possible d’imprimer le stent au diamètre souhaité. Puis de le « programmer » à un diamètre inférieur, afin de faciliter l’opération. Le stent peut ensuite retrouver son diamètre initial grâce à la température du corps [7] (Figure 3).

Illustration du caractère dynamique d’un stent fabriqué par impression 4D.

Figure 3 : Illustration du caractère dynamique d’un stent fabriqué par impression 4D.

L’impression 4D est aussi adaptée au domaine de la robotique « molle ». Les robots dits « mous » sont construits avec des matériaux souples, permettant entre autres des interactions homme-machine plus sécurisées. Ils permettent aussi d’effectuer des opérations nécessitant davantage de flexibilité [10]. Aussi, ce domaine requiert des matériaux intelligents tels que polymères électroactifs (sensibles aux champs électriques) [6](Figure 4).

Impression 4D - Doigt robotique.

Figure 4 : Doigt robotique.

Enfin, un article mentionne la fabrication de textiles 4D [11]. Il s’agit ici d’utiliser le tissu comme support d’une structure fabriquée additivement. L’article conclut qu’il n’existe pour le moment pas d’applications concrètes de textiles 4D. Ils pourraient potentiellement servir d’architectures de peaux ou de tentes temporaires.

Ainsi, l’impression 4D est un domaine émergent dans lequel des travaux de recherche et développement sont encore nécessaires. Ces derniers permettront d’identifier de nouvelles applications et de nouveaux concepts.

Laure-Patricia BALEP Rédactrice scientifique ABGI

Laure-Patricia BALEP
Rédactrice scientifique


Bibliographie

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