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Les brèves de l’impression 3D, 24 novembre 2021 : impression 3D d’acier, de verre, de modèles de peau et plus encore.

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Dans les brèves d’aujourd’hui sur l’impression 3D, nous commençons par une table ronde sur le développement de la main-d’œuvre dans le domaine de l’AM. Nous passerons ensuite à la recherche, d’abord sur l’impression 3D d’un meilleur acier, puis sur l’impression 3D du verre à l’échelle nanométrique. Enfin, CTI Biotech a remporté un prix pour son modèle de peau bioprimé en 3D, et les gagnants du purmundus Challenge ont été annoncés à Formnext 2021 la semaine dernière.

Table ronde sur le développement de la main-d’œuvre AM avec le secrétaire au commerce

L’industrie de la fabrication additive a connu une croissance de 30 % au cours des cinq dernières années, mais elle a du mal à pourvoir les milliers de nouveaux postes nécessitant des compétences techniques. America Makes et la société de conseil en impression 3D 3Degrees ont récemment animé une table ronde sur le développement de la main-d’œuvre dans le secteur de la fabrication additive à l’accélérateur de technologie mHub, accueillant des partenaires qui développent des formations dans tout le pays, ainsi que des représentants des gouvernements locaux et nationaux, dont la secrétaire d’État au commerce Gina M. Raimondo. Au cours de la visite, tout le monde a célébré l’achèvement du cours pilote Advanced Manufacturing Experience (AMx) à Chicago, un programme d’apprentissage immersif en AM mené par 3Degrees et l’association à but non lucratif West Side Forward pour former des étudiants âgés de 22 à 50 ans dans le West Side de Chicago. Plusieurs participants au programme ont assisté à la table ronde et ont partagé leurs expériences, qui comprenaient des visites d’installations telles que Renishaw et Impossible Objects, des cours en personne, des relations de mentorat avec Siemens Energy, EOS, Desktop Metal, Met-l-Flo, Dyndrite et Forecast3D, et une visite guidée de RAPID + TCT.

« J’ai constaté ce phénomène de première main en tant qu’entrepreneur dirigeant deux entreprises qui aident les grandes organisations manufacturières (par exemple, le gouvernement, l’aérospatiale, l’automobile) à mettre en œuvre la technologie d’impression 3D », a déclaré Mike Vasquez, PDG de 3Degrees. « Mes clients ne cessent de me répéter qu’ils ont des emplois bien rémunérés et éligibles aux prestations sociales qu’ils ne peuvent pas occuper. Il semble que les États-Unis aient oublié comment former leur main-d’œuvre aux emplois d’aujourd’hui qui ne nécessitent pas de diplôme universitaire. D’un autre côté, il n’est pas facile de trouver un emploi dans ce secteur. La plupart de ces entreprises sont de petite taille (<100 employés) et, à moins d’avoir un réseau ou une certaine compréhension de l’industrie, vous ne savez peut-être pas ce qui se passe dans les bâtiments blancs, non descriptifs, sans fenêtre, au bord de l’autoroute. »

Des chercheurs impriment en 3D un meilleur acier

Une étude multimodale de l’acier inoxydable 316L fabriqué de manière additive révèle une distribution hétérogène – et corrélative – des défauts cristallins sur la micrographie électronique à transmission en champ clair (échelle de gris) et des éléments d’alliage sur la carte superposée de fluorescence aux rayons X (couleur). Crédit : Dr. W. Streit Cunningham et Prof. Jason Trelewicz, Université de Stony Brook.

Une équipe de chercheurs de l’université de Stony Brook a publié un article sur ses travaux visant à développer un matériau en acier inoxydable 316L plus résistant à la corrosion, souvent utilisé dans les applications navales. L’étude s’est concentrée sur le lien entre le comportement à la corrosion et la structure du matériau dans l’acier inoxydable 316L imprimé en 3D par laser, et l’équipe a utilisé des techniques multimodales de rayons X synchrotron à la National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) de Brookhaven pour trouver de nouveaux liens entre les paramètres d’impression et l’état des défauts du matériau ; les échantillons ont été imprimés à Penn State, et la microscopie électronique corrélative a été réalisée au Center for Functional Nanomaterials (CFN) de Brookhaven. Les résultats de ces recherches pourraient permettre de fabriquer un acier inoxydable plus résistant à la corrosion en modifiant les défauts du matériau à l’échelle nanométrique.

« L’objectif principal de notre étude était de comprendre le comportement de corrosion de l’acier inoxydable 316L fabriqué par additif laser dans le contexte des défauts microstructuraux qui se forment en raison des taux de solidification rapides inhérents à ce processus d’impression 3D. Nous montrons que si la corrosion superficielle uniforme de l’acier inoxydable 316L imprimé est similaire à celle d’un alliage 316L traditionnel, le matériau imprimé présente une susceptibilité accrue aux piqûres, en particulier dans les échantillons présentant la plus grande densité de défauts mise en évidence par nos mesures synchrotron », a déclaré Jason Trelewicz, PhD, auteur correspondant et professeur associé de science et de génie des matériaux au College of Engineering and Applied Sciences et à l’Institute for Advanced Computational Science.

Impression 3D du verre à l’échelle nanométrique

En haut à gauche, lentille d’un appareil d’éclairage. En haut à droite, un objet en forme de gyroïde à différentes étapes du processus de photopolymérisation en cuve. En bas à gauche, un échantillon de verre phosphaté dopé à l’europium. En bas, deuxième à gauche, gobelet contenant de l’eau teintée, mettant en évidence les caractéristiques à haut rapport d’aspect et les lignes d’impression fusionnées. En bas au milieu, un micro-rook d’une hauteur de ∼2 mm. En bas, deuxième droite et extrême droite, images de microscopie électronique à balayage d’une structure en treillis d’octet et d’un résonateur optique microtoroid. Crédit : en haut à gauche, Liosdesign ; en haut à droite, reproduit avec la permission de la réf. 7, Springer Nature Ltd. En bas à gauche, reproduit avec la permission de la réf. 3, Elsevier ; en bas, deuxième gauche, reproduit avec la permission de la réf. 4, Wiley ; en bas au milieu, reproduit avec la permission de la réf. 8, Wiley ; en bas, deuxième droite et extrême droite, reproduit avec l’autorisation de la réf. 9, Springer Nature Ltd.

Les qualités du verre sont souvent liées aux applications dans lesquelles le matériau est utilisé. L’impression 3D est capable de fabriquer des pièces d’une grande variété de géométries, mais comme des températures de traitement plus élevées sont nécessaires pour former le verre que le plastique, elle a connu un démarrage tardif dans l’industrie. La résolution des caractéristiques de l’impression 3D du verre est encore limitée au micromètre, mais deux chercheurs de l’université de Penn State et de l’université de Padoue, en Italie, ont récemment publié un article sur l’impression 3D du verre à l’échelle nanométrique, indiquant qu’ils étaient capables d’imprimer « des composants en verre de silice avec une résolution inférieure à 200 nm ». La méthode utilisée pour leur démonstration de concept était basée sur la polymérisation à deux photons, ou 2PP, et ils ont expérimenté avec une « silice colloïdale fonctionnalisée au polyéthylène glycol (PEG), disponible dans le commerce, d’une dimension d’environ 10 nm ».

« En faisant correspondre les groupes fonctionnels du PEG avec ceux des polymères photoréticulables, ils ont amélioré la miscibilité de la suspension, obtenant ainsi une charge élevée de nanoparticules de silice. En outre, le même indice de réfraction que celui des deux composants de la matière première a conduit à une transparence élevée et à une diffusion limitée. Cela a permis l’impression 3D de structures complexes avec une résolution inférieure à 200 nm », ont écrit les chercheurs. « Le choix de la température de cuisson (1 300 °C ou 1 100 °C) a permis de produire de la silice cristalline ou amorphe. Les chercheurs sont allés plus loin et ont utilisé leur approche pour fabriquer des résonateurs à galerie de chuchotement microtoroïde avec des facteurs de qualité élevés, ainsi que des dispositifs photoniques actifs produits en dopant la suspension avec des éléments de terres rares photoluminescents. »

Une publication sur le modèle de peau immunitaire bioprinté en 3D remporte un prix

L’année dernière, la start-up de recherche en thérapie cellulaire CTIBiotech a dévoilé deux technologies de bioprinting de modèles de peau complète pour des applications de soins de la peau. La publication de recherche qui en a résulté, développée avec Care Creations de BASF, a remporté le prestigieux Henry Maso Award lors de la conférence 2021 de l’International Federation of Societies of Cosmetic Chemists (IFSCC). BASF et CTIBiotech travaillent ensemble depuis plusieurs années, et les méthodes de bio-impression 3D développées à CTIBiotech permettront aux scientifiques de produire des copies de modèles prédictifs de tissus humains de peau complète contenant des macrophages – qui surveillent le microenvironnement de la peau pour détecter les signes d’infection, de blessure ou de stress cellulaire – du système immunitaire humain, tandis que les scientifiques de BASF utiliseront la technologie pour choisir les meilleurs ingrédients et bio-actifs pour des applications avancées de soins de la peau. Maxime Lègues, responsable de 3DBioprinting chez CTIBiotech, qui a présenté les travaux originaux au congrès de l’IFSCC de l’année dernière avant qu’ils ne soient publiés, recevra une bourse pour assister au congrès de l’IFSCC de 2022 afin de recevoir le prix en personne.

« Il existe un fort besoin de meilleurs systèmes de test montrant comment les ingrédients affectent ou peuvent améliorer les peaux sensibles ou allergiques », a déclaré le Dr Sébastien Cadau, spécialiste de l’ingénierie tissulaire 3D sur le site BASF de Lyon, en France. « Le modèle bioprint 3D grandeur nature de peau humaine présenté, qui contient des cellules du système immunitaire, est donc une solution pour des tests rapides et fiables de produits s’adressant aux peaux réactives. »

Le défi 2021 purmundus de Formnext

La semaine dernière, les huit lauréats du trophée d’or du prix international annuel de conception d’impression 3D et 4D Purmundus Challenge ont été annoncés à Formnext 2021. Sophia Lindner d’act’ble GmbH, qui travaille avec des athlètes pour développer un nouveau chausson de pointe pour le ballet et la danse contemporaine, a remporté le premier prix pour le concept breveté New Pointe Shoe Sole, qui durerait cinq fois plus longtemps et réduirait les douleurs physiques. Ramon Mañas, d’Odisei Music SL, a remporté le deuxième prix pour le Travel Sax imprimé en 3D, qui serait le saxophone électronique le plus petit et le plus léger du monde et qui est déjà utilisé par 1 200 clients dans le monde. Jamie Cook, Henry Neilson, Theo Clarkes, Mark Brown, Jess Lewis et George Jary de HEXR, le casque de vélo personnalisé imprimé en 3D déjà primé, ont remporté la troisième place pour ce casque, qui allie sécurité et confort car il est fabriqué sur mesure.

Cinq prix spéciaux purmundus Challenge ont également été décernés lors de Formnext 2021 :

Mention spéciale, Macu4, prothèses d’avant-bras sur mesure
Prix de l’innovation, SUTD, Washington State University et University of Colorado Denver, robots mous imprimés en 3D sur mesure.
Prix du choix du public, Roberto Trunfio, presse-agrumes Delijuice imprimé en 3D à partir de filaments de déchets d’agrumes traités
Prix Altair Simulation Driven Design, Desktop Metal, échangeur thermique léger imprimé en 3D, solution Toucan Beak.
Prix du nouveau venu, ETH Zurich, étrier de frein imprimé en 3D avec intégration de fonctions.

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