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L’encre biologique à base d’algues laisse présager un avenir plus durable pour l’impression 3D

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L’impression 3D devenant de plus en plus courante, il existe un besoin croissant d’encres spécialisées capables de rendre le processus plus durable. Elles doivent également être adaptées à la création de produits tels que les dispositifs médicaux biocompatibles.

Les encres d’origine biologique, appelées bioinks, sont de plus en plus populaires dans le secteur de l’impression 3D. Les chercheurs ont identifié un large éventail de ces encres qui pourraient servir de substituts aux matières premières conventionnelles, comme les thermoplastiques. Dans certains cas, elles sont dotées d’un éventail surprenant de caractéristiques que les filaments plastiques ne possèdent pas.

Les défis des matières premières plastiques dans l’impression 3D

Traditionnellement, l’impression 3D utilise des matières premières polymères, des matériaux rentables qui ne sont généralement pas durables. Le plus souvent, ils sont dérivés de produits pétrochimiques, reposent sur des sous-produits de combustibles fossiles et peuvent être nocifs pour l’environnement s’ils ne sont pas éliminés correctement.

Avec le temps, ces thermoplastiques peuvent commencer à se dégrader, libérant des microparticules de plastique qui peuvent causer des problèmes de santé pour la faune et les humains. Ces matériaux nécessitent également de la chaleur ou des rayons UV pendant le processus d’impression, ce qui augmente le coût et la consommation d’énergie des imprimantes sur lesquelles ils sont utilisés.

Des chercheurs mettent au point de nouvelles encres colorées à partir d’algues et de varechs

De nouvelles bio-encres pourraient rendre les applications d’impression 3D et 2D plus durables. Une équipe de recherche du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) du ministère de l’énergie a découvert qu’un composé présent dans les algues peut être associé à un pigment de mica pour créer des matières premières d’impression 3D bio-dérivées à la fois durables et éclatantes. Ce composé présente également certaines caractéristiques qui pourraient en faire un excellent outil pour les artistes, les concepteurs et les fabricants.

Image reproduite avec l’aimable autorisation de ACS Omega.

Contrairement aux thermoplastiques, ces bioinks ne nécessitent pas de traitement thermique avant ou pendant le processus d’impression. Cela pourrait les rendre encore plus accessibles que les matières premières thermoplastiques plus conventionnelles que de nombreuses imprimantes 3D utilisent.

La bio-encre n’est pas stable à long terme et se biodégrade, mais l’équipe de recherche y voit un avantage. Les structures imprimées avec ce matériau peuvent être conservées dans une solution de chlorure de calcium. Lorsque l’objet n’est plus nécessaire, il peut être retiré de la solution en toute sécurité et se dégradera rapidement sans laisser de produits chimiques ou de déchets dangereux.

« Représentation visuelle des poudres de mica et des encres de mica-alginate utilisées pour l’impression 3D ». Image reproduite avec l’aimable autorisation de ACS Omega.

Les expositions temporaires peuvent présenter des conceptions qui se dégradent intentionnellement lorsqu’elles ne sont plus nécessaires. Les encres pourraient également être utiles aux fabricants pour le prototypage de leurs produits : les anciennes versions pourraient être retirées de la solution en toute sécurité et jetées sans se soucier des impacts environnementaux potentiels.

Les artistes soucieux de la durabilité numérique pourraient trouver dans ce matériau une alternative intéressante aux filaments d’impression 3D classiques. Selon l’équipe de recherche, le matériau peut également être utilisé comme encre 2D, ce qui signifie que les fabricants de la nouvelle bio-encre pourraient trouver un marché pour les utilisateurs d’impression 3D et 2D.

« Représentation de la structure chimique, de la réticulation et de la capacité d’extrusion 3DP de l’alginate, ainsi qu’une photo illustrant la poudre d’alginate, les solutions à 8 % (p/v) et le gel réticulé au calcium. Notez que les carboxylates de la sous-unité G, surlignés en vert, dans le squelette du polysaccharide participent à la réticulation ionique avec les ions calcium pour former des gels. » Image reproduite avec l’aimable autorisation de ACS Omega.

La présence de la couleur pourrait également être la clé de l’adoption. De nombreux artistes et concepteurs ont des besoins spécifiques qui nécessitent une mesure et une gestion minutieuses de la couleur, notamment dans les environnements industriels. L’algue utilisée dans la bio-encre est généralement incolore, comme beaucoup de bio-encres. Avec le pigment de mica, l’encre peut se décliner en une gamme de couleurs vives.

De nouvelles bio-encres pourraient permettre de créer des dispositifs médicaux imprimés en 3D plus efficaces

Certaines de ces nouvelles bio-encres présentent des caractéristiques surprenantes qui pourraient les rendre intéressantes pour de nombreuses industries. Une équipe a mis au point une nouvelle encre à base d’algues qui possède des capacités de cicatrisation.

L’encre est riche en une variété spécifique à l’espèce d’un composé organique appelé ulvan, un produit chimique soluble dans l’eau qui représente environ 8 à 29 % du poids sec des algues. L’algue utilise ce composé pour activer son système immunitaire végétal. Il présente également une similitude avec des biomolécules spécifiques que l’on trouve chez l’homme, et les chercheurs ont découvert qu’il peut stimuler la cicatrisation des plaies en encourageant le corps à générer davantage de cellules.

Structures dermiques bioprintées à l’aide d’ulvane. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Biomaterials Science.

L’équipe espère que l’encre trouvera sa place dans les biostructures imprimées en 3D, comme les greffes de peau et les pansements, où elle contribuera à accélérer la guérison des blessures. L’équipe pense également que l’ulvane soutiendra ces biostructures, en agissant au niveau moléculaire pour empêcher la contraction des structures pendant le processus de guérison. Cela permettrait de prévenir la formation de cicatrices.

À l’heure où les biostructures imprimées en 3D deviennent de plus en plus courantes dans le domaine médical, des bioinks comme celui-ci pourraient améliorer considérablement les résultats de nombreux patients. Une cicatrisation plus rapide et une formation réduite des cicatrices pourraient permettre de réduire la durée des séjours à l’hôpital et l’impact à long terme d’une blessure.

Les bioinks dérivés d’algues pourraient avoir un impact majeur sur l’impression 3D

La demande croissante d’impression 3D durable pourrait rendre les bioinks beaucoup plus importants dans les prochaines années. Les chercheurs ont déjà commencé à développer de nouvelles bioinks qui remplacent avantageusement les thermoplastiques et présentent parfois des propriétés uniques. À mesure que l’impression 3D se répand, ces bioinks contribueront à élargir les applications potentielles de cette technologie et à garantir son utilité dans toute une série de domaines.

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