Imaginez ce scénario : Vous avez commandé un bureau en chêne orné en ligne, et quand il arrive quelques jours plus tard, vous déchirez votre colis à bout de souffle. La boîte est plus légère que prévu et ne contient qu’un morceau de bois plat avec de l’encre humide qui ressemble un peu à du fudge à l’érable. Mais une fois l’encre sèche, le bois se transforme miraculeusement en l’article que vous avez commandé en ligne, évitant ainsi le besoin de sessions d’assemblage frustrantes de plusieurs heures.
Un tel produit n’est pas possible. Encore. Mais c’est le but de Doron Kamdoctorant en science des matériaux à l’Université hébraïque de Jérusalem en Israël qui a récemment présenté son travail avec des collègues lors de la réunion d’automne de l’American Chemical Society. La technique d’impression proposée par Kam crée des objets en bois qui ne nous obligent pas à les scier, les sculpter ou les plier, et peuvent se transformer d’eux-mêmes grâce à ce qui semble être de la magie – mais en réalité, il a fallu une planification méticuleuse et une imprimante 3D de haute technologie.
Le concept futuriste tire parti du gauchissement, un phénomène naturel du bois généralement redouté par les concepteurs et les propriétaires. Le bois se mouille et sèche de manière inégale, créant des formes funky, et personne ne veut d’un sol grinçant et affaissé ou d’une commode aux courbes étranges. Mais Kam et ses collègues utilisent ce phénomène à leur avantage.
Quoi de neuf – Kam et ses collègues chercheurs ont trouvé un moyen d’imprimer des feuilles de bois plates qui forment des formes 3D lorsqu’elles sont incitées par un certain stimulus, comme un changement de pH, de température ou d’humidité. Ils ont été inspirés par les courbures naturelles du bois gauchi. Cela peut sembler intéressant dans une forêt, mais la déformation peut ruiner des objets construits par l’homme comme des meubles, des sols ou même des structures en bois comme un belvédère ou une cabane.
La technique d’impression proposée par Kam crée des objets en bois qui ne nous obligent pas à les scier, les sculpter ou les plier, et peuvent se transformer d’eux-mêmes grâce à ce qui semble être de la magie.
Contrairement à la nature (ou à une maison inondée), les chercheurs ont trouvé un moyen de dicter à quel point un morceau de bois se transformera lorsqu’il sera mouillé. Ils y sont parvenus en ajustant plusieurs facteurs dans le processus d’impression, notamment la vitesse d’impression et le placement précis de l’encre. À terme, ce processus de fabrication pourrait créer des meubles sur mesure faciles à expédier et ne nécessitant aucun effort de la part du client (à part, eh bien, ouvrir la boîte).
Mais le projet est destiné à plus que des tables et des chaises, explique Kam. “Si nous investissons suffisamment de temps et de ressources, [this method] peut produire des produits vraiment intéressants et précieux », dit-il. “La façon dont nous le montrons est juste par le travail du bois.”
L’objectif plus large de la recherche de Kam : Pour créer les objets du futur, nous devons repenser entièrement le design.
Voici le contexte — L’équipe de Kam n’est pas la première à proposer des matériaux qui se déforment avec le temps. Il fait partie d’une communauté croissante de chercheurs travaillant sur l’impression 4D, qui vise à faire avancer son prédécesseur 3D en manipulant la façon dont les objets changeront après leur impression.
Cette idée remet en question la façon dont nous abordons le design depuis des siècles, dit Kam. Jusqu’à récemment, explique-t-il, l’objectif était de créer des structures qui restent les mêmes dans le temps pour assurer leur durabilité. « Ce que nous proposons est un peu différent… un matériau plus réactif », dit Kam. “Cela change le concept d’ingénierie.”
Ces matériaux en évolution reflètent le caractère dynamique de notre environnement, dit Tiffany Chenun doctorant qui fait des recherches sur l’impression 4D bio-inspirée à l’Université de Stuttgart en Allemagne.
“Dans la nature, les choses sont toujours en évolution, elles s’adaptent toujours”, dit-elle. “Il n’y a jamais vraiment un seul état d’être.”
Mais les outils actuels utilisés pour l’impression 3D limitent notre créativité, disent Cheng et Kam, car ils sont conçus pour générer des objets statiques.
Comme l’équipe de l’Université hébraïque de Jérusalem, Cheng se penche sur les matériaux d’impression qui peuvent se transformer lorsqu’ils sont soumis à certains stimuli, tels que l’augmentation de l’humidité ou de la température. Elle dit que c’était “époustouflant” d’apprendre le design réactif, qui ouvre d’innombrables possibilités pour un seul article.
Pourquoi est-ce important – À l’heure actuelle, l’équipe de Kam n’a fabriqué que de petits prototypes et cherche toujours à les développer avec succès. Une fois que les scientifiques des matériaux comme lui ont appris les bases, dit-il, c’est aux concepteurs de les mettre au travail.
Donc, s’ils réussissent, les matériaux réactifs pourraient révolutionner une variété de domaines. Par exemple, imaginez un plâtre pour un bras cassé qui s’installe dans la bonne position, dit Cheng, au lieu d’avoir à consulter le médecin tous les mois pour le faire ajuster. Outre les applications médicales, elle travaille actuellement sur un façade de l’immeuble qui peut ajuster son ombrage en fonction de facteurs tels que la température extérieure.
La recherche avant-gardiste sur l’impression 4D donne également la priorité à la durabilité. Actuellement, l’impression multidimensionnelle repose sur des matériaux synthétiques, notamment des gels et des élastomères, qui produisent des montagnes de déchets.
Mais des ingrédients respectueux de l’environnement peuvent changer cela : il y a quelques années, l’équipe de l’Université hébraïque a créé une encre à base d’eau composée de microparticules de déchets de bois appelées “farine de bois”, qui sont mélangées à des liants végétaux (dont des nanocristaux de cellulose , ou le composant principal des parois cellulaires d’une plante). Cette concoction peut même être créée avec des restes de bois, évitant ainsi d’avoir à abattre des arbres.
Kam voit un avenir où “vous pouvez fabriquer votre propre produit et, après quelques années, vous pouvez le reconstruire encore et encore et encore”, dit-il.
Qu’ont-ils fait – Les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient déposer l’encre de bois dans certaines directions pour dicter comment elle se transformerait lorsque le matériau sècherait. Par exemple, une série de lignes qui émanent d’un point central peut sécher en une structure en forme de cône. L’empilement permet également d’obtenir plus de précision : empiler deux couches rectangulaires qui ont été imprimées dans des orientations différentes peut créer une forme d’hélice après le séchage de l’encre.
Ils peuvent également ajuster la vitesse d’impression pour dicter la forme finale de l’objet. Le matériau rétrécit dans une direction perpendiculaire aux fibres de bois de l’encre et la vitesse d’impression spécifique modifie l’alignement des fibres de bois. En fin de compte, une impression plus lente garantit un alignement plus aléatoire des particules et provoque un rétrécissement dans toutes les directions, tandis qu’une impression plus rapide aligne les fibres et peut contrôler le rétrécissement dans une direction spécifique.
Et après – À l’avenir, Kam et ses collègues chercheurs visent à combiner des formes spécifiques, telles que des selles, des dômes et des hélices, pour produire des objets finaux plus complexes. Actuellement, il est difficile pour le bois de sécher sans se fissurer en raison de sa texture cassante, il doit donc être placé sur une feuille lorsqu’il est aéré. Ils réfléchissent également à la manière de rendre le rétrécissement réversible.
Cheng et Kam espèrent également créer un logiciel que n’importe qui peut utiliser pour concevoir et imprimer les articles de son choix, comme un technicien médical cherchant à créer une attelle personnalisée ou même un propriétaire avec un type de bureau spécifique à l’esprit.
Mais plusieurs obstacles demeurent. D’une part, l’impression multidimensionnelle est actuellement extrêmement lente – la fabrication d’une seule pièce peut prendre des heures, voire des jours. Cependant, certaines applications exigent probablement un délai plus court, en particulier dans le domaine médical. Et les matériaux d’impression d’aujourd’hui sont assez limités : vous pouvez être assez créatif lorsque vous manipulez un élément dans l’imprimante, dit Cheng, mais un matériau donné ne peut pas faire grand-chose.
À l’avenir, il appartient à des experts comme Cheng et Kam de tester ces limites. Plus tôt ils y parviendront, plus vite nous pourrons dire adieu aux instructions Ikea indéchiffrables.
