L’impression en « 4D » peut sembler être une idée sortie d’un roman de science-fiction, mais il s’agit en réalité d’une véritable technique d’impression d’objets qui s’appuie sur ce qui est déjà possible avec les imprimantes 3D existantes.
L’impression 4D est une réalité, elle existe déjà, et elle pourrait bien avoir le potentiel de changer le monde.
L’impression 4D repose entièrement sur l’auto-assemblage
Alors, quelle est cette quatrième dimension dont nous parlons ici ? Vous avez probablement deviné qu’il s’agit du temps. L’idée est que l’objet imprimé en 3D peut changer de forme et s’auto-assembler en une forme finale différente après avoir été imprimé en 3D.
Cette idée a vraiment pris son essor au MIT, au laboratoire de l’auto-assemblage créé par Skylar Tibbits. Les géants de l’impression et de la modélisation 3D, Stratasys et AutoDesk, ont également contribué au projet.
L’idée est que l’objet imprimé en 3D possède à la fois des composants rigides et flexibles, extensibles. Le matériau extensible répond à des stimuli externes après que l’objet ait été imprimé. Tibbits a présenté cette idée dans une conférence TED il y a plus d’une décennie, mais elle est toujours fascinante, et la technologie pour le faire efficacement est maintenant bien plus avancée qu’à l’époque.
Les structures auto-assemblées comme celles-ci font partie de la catégorie plus large des matières programmables. Quand on y pense, le système le plus complexe que nous connaissons, à savoir la vie, repose sur l’auto-assemblage de structures plus simples. C’est ainsi que fonctionnent les protéines et, bien sûr, les animaux commencent leur vie sous la forme d’un seul embryon, qui se divise, puis se replie à plusieurs reprises pour former les différentes structures du corps.
Pensez à l’origami, où une simple feuille de papier plate peut être transformée en un nombre infini de structures complexes simplement en la pliant. Si vous comprenez cela, vous réaliserez l’importance de l’impression 4D.
L’impression 4D se fait sur une imprimante 3D
Le plus intéressant, c’est que vous n’avez pas besoin d’une imprimante « 4D » spéciale pour créer des objets 4D. Une imprimante 3D multi-matériaux peut déjà fabriquer ces objets, à condition qu’elle puisse imprimer les matériaux requis.
Le véritable génie réside ici dans la phase de conception. Les concepteurs d’objets 4D utilisent un logiciel spécial pour concevoir et planifier la transition d’un objet 3D classique vers un objet 4D complexe. Plus important encore, bon nombre de ces objets ne sont pas conçus pour s’assembler une seule fois, mais pour modifier leur configuration selon les besoins. L’un des exemples majeurs cités par Tibbits au fil des ans est celui des conduites d’eau qui peuvent changer de taille en fonction des besoins de la ligne d’alimentation. De la même manière, vos veines peuvent modifier leur diamètre pour réguler la pression et le flux sanguin dans votre corps.
La simulation logicielle est toutefois la véritable clé ici. Grâce à des simulations informatiques, les concepteurs peuvent déterminer avec précision comment imprimer un objet, afin qu’il s’auto-assemble correctement lorsque vous lui fournissez de l’énergie.
L’énergie et la matière activent sa forme finale
Une impression 4D n’est pas terminée lorsqu’elle sort de l’imprimante : elle est encore latente. Elle a encore besoin d’un événement déclencheur. Cela peut être :
- La chaleur : certains matériaux se dilatent ou se contractent considérablement à des températures spécifiques.
- L’humidité : les hydrogels gonflent ou changent de forme lorsqu’ils sont exposés à l’eau.
- La lumière : les rayons UV ou infrarouges peuvent déclencher des changements chimiques dans le matériau.
- Les champs magnétiques : les matériaux magnétiquement réactifs peuvent se déplacer de manière complexe.
Mais cela ne se limite pas à ces exemples. Certaines des structures auto-assemblées présentées par Tibbits dans sa conférence TED réagissaient également à l’énergie cinétique. En d’autres termes, si vous les secouez, elles commencent à s’auto-assembler.
De nouveaux métamatériaux sont également en cours de développement, tels que des fibres artificielles semblables à des muscles qui se contractent lorsqu’elles sont soumises à un courant électrique. Si ces matériaux pouvaient être imprimés, ils pourraient être intégrés à la conception d’un objet imprimé en 4D.
Peut-on imprimer en 4D chez soi ?
Techniquement, il est possible d’imprimer en 4D chez soi à l’aide d’une imprimante 3D. Si votre imprimante est capable d’imprimer les matériaux adéquats et que le design est correct, rien n’empêche les amateurs d’impression 3D de s’essayer à l’impression 4D.
Dans la pratique, les matériaux nécessaires ne sont pas facilement disponibles, votre imprimante ne pourra probablement pas les imprimer sans modification, et la conception de ces objets (la partie la plus difficile) n’est pas à la portée de tout le monde.
Cela dit, en 2023, Teaching Tech a tenté de réaliser une impression 4D basique à domicile à l’aide de filaments et d’imprimantes existants.
Conclusion
En principe, nous ne sommes donc pas très loin des conceptions en 4D imprimables à domicile. Bien sûr, certaines impressions ne nécessitent qu’un peu d’énergie cinétique de votre part pour changer de forme après l’impression, mais à proprement parler, il ne s’agit pas d’auto-assemblage !
