La nouvelle salle de concert de Hambourg a été inaugurée à la fin de l'année dernière et a été acclamée par les critiques architecturaux du monde entier. La structure élancée a une façade de quelque 2 000 panneaux de verre plats et incurvés, donnant l’impression d’une vague sur le point de se briser. Mais le projet a pris six ans de retard et des centaines de millions d’euros dépassent le budget alloué, avec une partie du dépassement dû à l’ancienne technique de moulage longue et fastidieuse utilisée pour courber les panneaux de verre.
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Mais que se passe-t-il si les panneaux de verre pourraient simplement avoir été imprimés avec une imprimante 3D?
Jusqu'à présent, cela n'aurait pas été possible du tout. Les matériaux d'impression 3D les plus couramment utilisés sont les polymères. Il existe des techniques d'impression sur les métaux, la céramique, le béton, les médicaments et même les aliments. Mais le verre a été presque absent de l'équation.
«Le verre est l’un des matériaux les plus anciens utilisés par l’humanité et il est étonnant de constater que la révolution de l’impression 3D du XXIe siècle l’ignorait jusqu’à présent», explique Bastian Rapp, chercheur à l’Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne.
L'équipe de Rapp a mis au point une nouvelle technique pour le verre d'impression 3D, permettant de produire des objets en verre à la fois solides et transparents. Cette technique utilise une méthode d'impression 3D traditionnelle appelée stéréolithographie. En stéréolithographie, l’imprimante construit l’objet couche par couche à l’aide d’un liquide (généralement un polymère) qui durcit au contact d’une lumière laser. L’équipe de Rapp a trouvé comment utiliser une poudre de verre en suspension dans un polymère liquide. Une fois que l'objet est imprimé, il est placé dans un four à haute température, qui brûle le polymère et fusionne les particules de verre, ne laissant que le verre durci.
Le verre imprimé présente une résistance élevée aux chocs thermiques, comme démontré ici, lorsque le verre de silice fondue est exposé à une flamme de 800 degrés Celsius. (NeptunLab / KIT) La technique de Rapp n’est pas le premier exemple de verre d’impression 3D - les chercheurs du MIT ont mis au point une méthode d’extrusion du verre en fusion il y a deux ans, tandis que d’autres équipes ont utilisé des techniques à basse température produisant un produit trouble et trouble - elle est la première à imprimer verre clair à basse température. C'est également le premier à tirer parti des imprimantes stéréolithographiques 3D ordinaires, ce qui signifie qu'il peut être utilisé sans beaucoup d'équipements spéciaux.
Selon M. Rapp, le verre possède un certain nombre de propriétés uniques qui le rendent souhaitable en tant que matériau imprimé en 3D.
«Il n’existe pratiquement aucun matériau susceptible d’être exposé à des températures aussi élevées que le verre», dit-il. «Et il n’existe pratiquement aucun produit chimique susceptible d’attaquer le verre, alors que les polymères peuvent être dégradés par les rayons UV et les solvants organiques.»
L'équipe a imprimé ce bretzel de verre en trois dimensions. (NeptunLab / KIT) Le verre a également une transparence inégalée par d'autres matériaux. La lumière ne passe pas aussi bien à travers les plastiques les plus clairs, raison pour laquelle les maisons ont des fenêtres en verre, malgré leur cassabilité. Pour cette raison, les lentilles de caméra de haute qualité sont toujours en verre, explique-t-il, alors que les lentilles des smartphones sont généralement en plastique.
«C'est pourquoi la qualité de la photo prise avec un smartphone à la pointe de la technologie par rapport à un appareil photo est toujours inférieure», déclare Rapp.
La nouvelle technique pourrait être utilisée pour imprimer presque n'importe quoi, dit Rapp. Il peut être utilisé pour des objets minuscules et complexes tels que des bijoux, des lentilles ou des pièces d'ordinateur, ou pour des objets volumineux tels que des fenêtres. La seule variable est l'imprimante elle-même.
Voici une structure en trois dimensions d'une porte de château imprimée en verre de silice fondue. (NeptunLab / KIT) La technique d'impression 3D présente des avantages par rapport aux méthodes autres que d'impression pour la fabrication de petits modèles en verre, car elle ne nécessite pas d'attaque chimique, qui utilise un acide fluorhydrique dangereux, et peut comporter des cavités et des canaux fermés, ce qui n'est pas possible avec le verre traditionnel. souffler. Et elle présente également un avantage en termes de rapidité par rapport aux méthodes de production de verre autres que l’impression.
Pour leurs recherches, l'équipe de Rapp a utilisé un imprimeur bon marché et non modifié d'un type pouvant être acheté par tout amateur de maison.
«C'est une plate-forme technologique bien établie en termes de machines, et c'est un matériau bien reconnu et bien connu», explique Rapp. "La seule chose que nous avons faite était le pont entre les deux."
Les recherches de l'équipe ont été publiées ce mois-ci dans la revue Nature .
Rapp a créé une société pour commercialiser la technique. Il espère avoir un premier produit sur le marché d’ici la fin de l’année.
