Une nouvelle technologie rend les micro-imprimantes 3D plus précises

Professeur Dr. Georg von Freymann (Photo : TUK/Thomas Koziel)

On voit un simulateur quantique photonique. La structure réelle se trouve à l'intérieur du bloc et n'est pas visible même avec cet agrandissement. (Photo : groupe de travail de Freymann)

Le marché des imprimantes 3D est en croissance : elles permettent de fabriquer des produits rapidement et facilement. Mais elles ne sont pas seulement utilisées dans le monde visible pour nous, mais aussi dans le nano- et microcosme. Cela est rendu possible par des micro-imprimantes 3D spéciales. Cette technique est étudiée par des physiciens à l'Université de Technologie de Kaiserslautern (TUK). Ils ont maintenant étendu les fonctions du système laser utilisé ici, afin de pouvoir fabriquer des structures beaucoup plus complexes. La technologie aide par exemple à produire de nouvelles microstructures pour les surfaces des pièces, afin de réduire la friction, mais aussi à mieux explorer les bases de la physique quantique.

Les objets imprimés avec lesquels les physiciens, dirigés par le professeur Dr. Georg von Freymann, travaillent sur le campus de Kaiserslautern, sont si minuscules qu'ils ne sont pas visibles à l'œil nu, sauf comme de petits grains. Ils sont plus petits que le diamètre d’un cheveu, et les plus petites détails structuraux se situent dans des domaines d'environ 100 nanomètres. Ce n’est qu’au microscope électronique à balayage qu’ils deviennent visibles, ainsi que leurs formes délicates.

Les micro-imprimantes 3D sont sur le marché depuis déjà plusieurs années. Elles utilisent des procédés lithographiques qui fonctionnent de manière similaire à l’exposition dans d’anciens films photographiques. « Un faisceau laser expose ici un liquide plastique visqueux », explique Georg von Freymann, du département des Technologies Optiques et de la Photonique, le principe. « L’intensité du laser est si élevée qu’elle provoque une réaction chimique locale et durcit le plastique. » Un programme informatique définit la forme 3D souhaitée. Une fois la partie exposée durcie, le reste du liquide peut être enlevé.

Les physiciens de Kaiserslautern travaillent depuis longtemps avec cette technique et la développent davantage : ils ont étendu la fonctionnalité des imprimantes. « Nous pouvons contrôler l’amplitude, la phase et la polarisation du faisceau laser », indique le professeur. Cela permet aux chercheurs de fabriquer avec la procédé des structures beaucoup plus complexes.

La technique est utilisée dans différents domaines. Dans le cadre du projet de recherche collaborative 926 « Morphologie à l’échelle microscopique : surfaces de composants », les physiciens collaborent par exemple avec des collègues du département de Génie Mécanique et de Procédés. Ils développent de nouvelles microstructures pour la surface des pièces. « De cette manière, il est possible par exemple de réduire la friction et ainsi l’usure », explique le professeur. Ces méthodes sont également intéressantes pour contrôler, par exemple, l’accumulation de cellules. « Dans de nombreux domaines, des micro-organismes s’accumulent sous forme de biofilms », cite von Freymann en exemple. Cela peut se produire dans les hôpitaux, mais aussi dans des installations de production industrielles. « Avec des surfaces spécialement structurées, cela peut être évité. À l’inverse, il est aussi possible de cibler la colonisation des cellules. » Par exemple dans la recherche, pour favoriser la croissance des cultures cellulaires.

La technique d’impression laser est également importante pour la recherche fondamentale, afin d’étudier précisément des phénomènes de la physique quantique. « Nous pouvons ainsi développer des modèles dans lesquels nous déplaçons notamment la position d’atomes individuels. Ce n’est pas aussi simple dans des solides réels », explique von Freymann. « Nous pouvons étudier ce qui se passe au niveau quantique. »

Von Freymann participe également à l’entreprise Nanoscribe, fondée en 2007, qui fabrique ces micro-imprimantes 3D. Récemment, l’entreprise a reçu, en collaboration avec l’Institut de Nanotechnologie du Karlsruhe Institute of Technology, le prix du transfert technologique de la Société Physique Allemande.