Une équipe de recherche déverrouille une nouvelle méthode pour imprimer en 3D des composants fonctionnels complexes pour la robotique douce

Une équipe de chercheurs de l’Université de technologie et de design de Singapour (SUTD) a développé une nouvelle approche pour adopter la technologie d’impression 3D liquide de forme libre (FL-3DP) afin d’imprimer en 3D des composants plus robustes et géométriquement complexes pour la robotique douce.

FL-3DP est une technologie émergente à fort potentiel qui permet l’impression 3D de composants fonctionnels multi-matériaux. Il utilise du gel comme support de suspension temporaire dans lequel les encres sont extrudées et maintenues en place. Une fois les encres solidifiées, le gel peut alors être facilement lavé.

Cette approche surmonte deux limitations majeures rencontrées dans les technologies d’impression 3D existantes. Premièrement, il permet l’impression 3D de matériaux qui mettent longtemps à se solidifier lorsqu’ils sont extrudés. Deuxièmement, en raison de sa capacité à retenir les encres et à les maintenir à l’état liquide, des géométries avancées telles que des formes de structures en surplomb avec des rapports d’aspect élevés ou des combinaisons fines de plusieurs matériaux sont maintenant devenues une option réalisable.

Cependant, il a été constaté que les premiers FL-3DP avaient des fonctionnalités limitées lors de la fabrication de composants avancés, car seules des structures mono-matériau ou des formes simples telles que des maillages et des coques pouvaient être démontrées. L’absence de démonstrateurs plus complexes, malgré les promesses de cette technologie, pourrait s’expliquer en partie par des difficultés à maîtriser les interfaces entre les encres et les supports, défiant ainsi la résolution d’impression.

Grâce à une étude approfondie des propriétés rhéologiques et des stabilités interfaciales entre les encres et les gels de support, les chercheurs de SUTD ont réussi à mieux prédire la forme du filament, ce qui a permis d’améliorer la résolution et la fidélité d’impression.

Ce résultat a permis l’exploitation complète de la technologie FL-3DP grâce à la fabrication de composants complexes à base d’élastomère combinant plusieurs matériaux et l’amélioration de la gamme d’impressions géométriques complexes. Leur article « Freeform Liquid 3D Printing of Soft Functional Components for Soft Robotics », qui résume ces principales conclusions, a été publié dans Matériaux appliqués et interfaces ACS.

Pour démontrer les avantages du FL-3DP par rapport aux approches de fabrication traditionnelles, y compris la coulée et le moulage, les chercheurs ont conçu et fabriqué des composants pneumatiques avancés pour les applications de robotique douce spécifiquement utilisées dans les préhenseurs souples. En combinant des élastomères rigides, souples et fonctionnels, ils ont pu contrôler avec précision la déformation de la forme des composants, ajuster leurs fonctionnalités en ajustant le frottement des surfaces de préhension souples ou en fournissant des capacités de détection, et prolonger la durée de vie des composants jusqu’à dix fois. fois par rapport à leurs homologues traditionnels.

Ces résultats font partie d’un effort mondial visant à marquer une nouvelle ère pour l’impression 3D par extrusion en utilisant des supports de suspension appropriés. Cette approche améliorée offre également un espace de conception plus large aux concepteurs et aux ingénieurs, et pourrait bénéficier à de nombreuses applications, telles que la robotique douce où des combinaisons complexes et robustes d’une large gamme de matériaux et de fonctionnalités sont requises.

L’équipe travaille maintenant à élargir la gamme de matériaux traitables en développant de nouveaux supports de suspension chimiquement compatibles avec davantage d’encres.

« Le FL-3DP et d’autres nouveaux procédés de fabrication additive basés sur l’extrusion nous rapprochent de plus en plus de l’objectif ultime de co-fabrication directe complète de systèmes fonctionnels complexes tels que des robots et d’autres produits et dispositifs fonctionnels complexes », a déclaré l’assistant chercheur principal. Professeur Pablo Valdivia y Alvarado du SUTD.