Présentation

Article

1 - INTÉRÊT DE FOUILLER LE THÈME DE L’IMPRESSION 4D

2 - RAPPELS SUR LA MATIÈRE INFORMÉE ET SUR L’IMPRESSION 4D

3 - FABRICATION ADDITIVE HÉTÉROGÈNE ET MISE EN FORME DE LA MATIÈRE NEUTRE, INFORMÉE OU PROGRAMMABLE

4 - AUTRES PROCÉDÉS UTILES À LA FABRICATION 4D

5 - POUR ALLER PLUS LOIN… EN PARTANT DES PRODUITS ET DE L’INGÉNIERIE

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

8 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : RE285 v1

Glossaire
Impression 4D : promesses ou futur opérationnel ?

Auteur(s) : Frédéric DEMOLY, Jean-Claude ANDRÉ

Date de publication : 10 avr. 2021

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Avec la fabrication additive il est possible de générer des formes complexes, organiques et des structures en treillis ou à base de plusieurs matériaux. Sur cette base, l’impression 4D a émergé dès 2013 pour donner « vie » aux objets 3D, exploitant ainsi les techniques de fabrication par ajout de matière et les matériaux dits actifs ou intelligents. Cet article présente l’état de l’art concernant des matériaux actifs et leur réponse aux stimuli en termes de propriétés, formes et fonctionnalités, ainsi que leur interaction avec les procédés de fabrication additive. La démarche permet d’identifier des limites et le potentiel de cette technologie en devenir. L’article discute des verrous scientifiques, techniques et organisationnels à relever pour rendre ce paradigme émergent opérationnel et adoptable par les divers métiers de l’industrie.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

4D Printing: promises or operational future?

With additive manufacturing it is possible to generate complex, organic shapes and lattice or multi-material structures. On this basis, 4D printing emerged as early as 2013 to bring 3D objects to “life”, exploiting additive manufacturing techniques and so-called active or intelligent materials. This paper presents the state of the art concerning active materials and their response to stimuli in terms of properties, shapes and functionalities, as well as their interaction with additive manufacturing processes. It identifies the limits and potential of this emerging technology. The paper discusses the scientific, technical and organizational hurdles that need to be overcome to make this emerging paradigm operational and adoptable by the various trades in the industry.

Auteur(s)

INTRODUCTION

Le concept d’impression 3D a été breveté en 1984 par deux brevets concernant la stéréolithographie consistant en la polymérisation résolue dans l’espace d’une résine sensible à la lumière. Les coordonnées de l’objet à réaliser étaient mémorisées dans un ordinateur qui pilotait des miroirs galvanométriques, pour transformer un liquide en un solide par photopolymérisation d'une couche fluide, voxel après voxel, d’où le concept de « fabrication additive ». L'ajout d'une deuxième couche, puis d'une troisième, etc. permettait en principe de créer la pièce prototype souhaitée qu'il fallait enfin extraire (et laver) du fluide non phototransformé. Aujourd’hui, le succès des sept technologies issues du concept d’additivité ne se dément pas avec plus de 150 000 publications, un marché de quelques dizaines de milliards €/an, un taux d’augmentation de 20 %/an, etc.

Mais dans le même temps, de nouvelles niches applicatives se dessinent, associées à la stabilisation et la robustesse de la technologie âgée de 36 ans qui leur sert de point d’appui solide. Avec l’utilisation d’une matière plus « intelligente », le développement de procédés alternatifs, il a été possible de pousser les technologies 3D en dehors de leurs domaines d’excellence pour explorer de nouvelles niches applicatives comme celles où l’on cherche à modifier la forme et/ou la fonctionnalité d’objets 3D pour créer en une seule opération de nouveaux moteurs, de nouveaux actionneurs et/ou capteurs, de contribuer au développement de la robotique souple, etc. L’approche biomimétique (à l’image de la pomme de pin qui s’ouvre en l’absence d’humidité pour que les graines atteignent le sol au « bon » moment) sert de représentation imagée à la présentation et à l’exploitation du concept.

D’aucuns ont pu penser qu’on pouvait s’affranchir des déterminismes imposés par les machines 3D en utilisant des modes chimiques de transformation de la matière, et jouer sur des processus d’auto-organisation spontanés ou stimulés (cas particulier du bio-printing, une forme d’impression 4D appliquée au vivant). Mais si des preuves de concept peuvent mettre en lumière un champ de possibilités, dans les faits et pour différentes raisons rappelées dans cet article (conservatisme scientifique, satisfaction du besoin, usage de machines 3D commerciales, etc.), la balle reste dans le camp de la fabrication additive, même si d’autres difficultés limitent encore le développement de l’impression 4D. On est donc encore loin de « Terminator » où l’on peut commander par l’esprit la matière et il est peu probable qu'une forme donnée correspondant à une instruction précise par le concepteur soit atteinte à partir de perturbations spécifiques spontanées, voire maîtrisées, situées dans l'espace et le temps. S’il est possible d'orienter un système tridimensionnel au moins en partie vers une forme souhaitée, en introduisant un déterminisme apparent, parfois contrôlé par l'ingénieur, basé sur certaines lois de la physique, de la chimie et de la biologie, de nombreux verrous limitent encore le développement du 4D Printing. Toutefois, en modifiant l'environnement, il est en principe possible de changer la forme des objets créés dans un ou plusieurs champs potentiels (mécanique, électromagnétique, photonique, chimique, biochimique, etc.). C'est ce qui définit l'idée de base de l'impression en 4D présentée ici en apportant un élément essentiel, le temps, à la fabrication additive couvrant déjà les trois paramètres d’espace.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

additive manufacturing   |   active/smart material   |   4D printing

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re285


Cet article fait partie de l’offre

Fabrication additive – Impression 3D

(52 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

7. Glossaire

Auto-assemblage ; Auto-organisation

Procédés par lesquels un système désorganisé de composants élémentaires s'assemble et s'organise de façon spontanée ou stimulée, à la suite d'interactions spécifiques et locales entre ces composants.

Auxétique

Faculté de posséder un coefficient de Poisson négatif.

Bio-printing ; Bio-impression

Sujet émergent issu des technologies de fabrication additive qui vise la fabrication d’organes et de tissus vivants.

Caténane

Molécules en forme d'anneau pouvant être utilisées pour réaliser des nano-moteurs.

Coefficient de Poisson

Permet de caractériser la contraction de la matière perpendiculairement à la direction de l'effort appliqué.

Épistémologie

Étude critique de la méthode scientifique, des formes logiques et des modes d'inférence pour déterminer leur logique, leur valeur et leur portée objective.

Innovation incrémentale

Nouveauté apportée à un produit ou à un service existant, qui l'améliore sans le transformer en profondeur (par opposition avec une innovation de rupture).

Interdisciplinarité

Association de diverses disciplines scientifiques dans des projets, visant leur convergence en vue d’une efficacité opératoire.

Matériaux intelligents, matériaux actifs et matière programmable

Matériaux répondant à des stimuli en termes de modifications de propriétés, de formes et/ou de fonctionnalités.

Métamatériaux

Matériaux composites macroscopiques et tridimensionnels, conçus au départ avec une architecture périodique et en vue d'obtenir une combinaison optimisée de deux ou plusieurs réponses à une excitation spécifique.

Micro-fluidique

À la fois science et technologie de systèmes manipulant des fluides et dont au moins l'une des dimensions caractéristiques est de l'ordre du micromètre (µm).

Muscle photochimique

Déformation (généralement réversible) de polymères induite par la lumière.

Origami

Nom japonais de l'art du pliage du papier. Ce principe a été appliqué à des matériaux plats dont on fait évoluer la forme par pliage et dépliage.

Robot nageur

Entité (de taille allant du micromètre...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Fabrication additive – Impression 3D

(52 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Glossaire
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BRUT – FRANCE-INFOS -   Le poisson plat, as de la métamorphose.  -  https://mobile.francetvinfo.fr/monde/environnement/biodiversite/video-le-poisson-plat-as-de-la-metamorphose_4077337.html#xtref=https://www.google.fr/ (2020).

  • (2) - DEMOLY (F.) -   Impression 4D en gestation.  -  https://endirect.univ-fcomte.fr/publication/grand-formatmateriaux-tous-azimuts/ (2018).

  • (3) - KHAN (F.A.), CELIK (H.K.), ORAL (O.), RENNIE (A.E.W.) -   A Short Review on 4D Printing.  -  International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 2, p. 59-67. http://dergipark.gov.tr/download/article-file/501553 (2018).

  • (4) - LISTEK (V.) -   Interview with Nicole Hone who uses 4D Printing to Make Tangible Animation.  -  https://3dprint.com/237494/interview-with-nicole-hone-who-uses-4d-printing-to-make-tangible-animation/ (2019).

  • (5) - SCHWARTZ (J.J.), BOYDSTON (A.J.) -   Multi-material actinic spatial control 3D and 4D printing.  -  Nature Communications, 10, 791. https://www.nature.com/articles/s41467-019-08639-7 (2019).

  • ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Fabrication additive – Impression 3D

(52 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS