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RÉSUMÉ
L’impression 3D, basée sur un principe additif (approche ascendante), a émergé en 1984 grâce au couplage matière-énergie, avec la stéréolithographie comme première technologie. Ce procédé repose sur une polymérisation monophotonique résolue dans l’espace. Depuis, d’autres procédés ont pu se développer, se rapprochant de ceux issus des nanotechnologies, des microtechnologies et de la microélectronique, qui relèvent davantage d’une approche descendante. Parmi ces avancées, une technique issue de la stéréolithographie monophotonique s’est particulièrement démarquée : la multiphotonique. Cet article met en lumière des applications potentielles de ces procédés, en gardant à l’esprit la nécessité de concevoir des nano et microdispositifs manipulables.
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Jean-Claude ANDRÉ : Directeur de recherche CNRS. LRGP – UMR 7274 CNRS-UL, Nancy, France
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Frédéric DEMOLY : Professeur des universités, ICB UMR 6303 CNRS, UTBM, Université Marie et Louis Pasteur, 90010 Belfort Cedex, France - Membre de l’IUF, Institut universitaire de France (IUF)
INTRODUCTION
Il existe aujourd’hui une « tectonique » émergente entre des procédés de fabrication traditionnels descendants issus de la microélectronique et ceux, ascendants, provenant des procédés de fabrication additive poussés à leurs limites en termes de taille. Ces dernières disposent déjà d’un petit marché de niche mais gagneraient à contribuer au développement industriel considérable en lien avec l’électronique. Si l’on peut concevoir des nanomoteurs par des voies chimiques (cf. le prix Nobel attribué à Jean-Pierre Sauvage), le potentiel applicatif du domaine se fabrique plus à partir des technologies de fabrication additive. Ainsi, par exemple, avec la nécessité de gagner en résolution spatiale pour atteindre les cibles nano/micro, il est judicieux d’exploiter des principes d’absorption biphotonique de la lumière en stéréolithographie permettant une absorption volumique sans la nécessité de passer par le dépôt de couches lors de l’impression 3D… Toutefois, quand on rapproche des voxels (i.e. des volumes élémentaires de matière), d’autres questionnements spécifiques peuvent/doivent être pris en considération, car les potentiels entre voxels à très courtes distances ne peuvent plus être négligés. De tous ces éléments d’origines diverses, mais fortement sensibles à l’épopée « nano » (plus de 2 560 000 publications), beaucoup moins sur la dynamique générale « impression 3D » (plus de 200 000 publications), cet article fait état de trois grandes classes de fabrication 3D concernant le thème nano/micro 3D, qui s’appuient sur :
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la chimie ou la biologie de synthèse (cf. les travaux de Jean-Pierre Sauvage) avec de « vrais » objets nanométriques ;
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les constructions nano/micro à base d’origami ;
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une approche descendante issue des procédés d’impression 3D.
Ces technologies nano/micro 3D, associant procédés et matériaux, sont l’objet central de cet article qui s’ouvre sur l’opportunité de fabrications dites « mixtes », car à la fois descendantes et ascendantes. Pour le moment, la fabrication 3D à l’échelle nano/micro n’est pas au niveau des procédés descendants des circuits intégrés. En effet, avec la loi de Moore, les techniques de fabrication des circuits intégrés abordent depuis peu le mur du quantique.
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MOTS-CLÉS
impression 3D approche descendante approche ascendante approche hybride fabrication collective pièce unique stéréolithographie multiphotonique manipulabilité
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2. Chimie, physique, procédés « nanométriques » ascendants
Les principaux défis consistent à développer des techniques/méthodes avec des niveaux de résolution suffisants et une large compatibilité avec les matériaux qui peuvent exercer une influence sur l’imprimabilité, la taille des voxels, et par suite, sur la constructibilité et la résolution spatiale. Les voies les plus réussies comprennent :
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des schémas descendants qui impliquent le masquage et l’enlèvement sélectif de matériaux, souvent dans des séquences répétitives ;
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des stratégies ascendantes qui reposent sur l’assemblage de composants ou sur le dépôt de matériaux ;
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des transformations de formes bidimensionnelles (2D) en 3D déclenchées par des forces internes ou des stimulus externes (cas des origamis) ;
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l’assemblage guidé mécaniquement par des déformations du substrat (cas des kirigamis).
La fabrication additive peut exploiter les nanotechnologies pendant que ces dernières peuvent enrichir les procédés 3D. Dans cette section, la fabrication additive est un procédé utilisé pour créer des structures et des géométries à l’échelle nanométrique, qui est très inférieure aux résolutions standard de 25 à 50 micromètres.
Plusieurs techniques nanotechnologiques de nature additive sont déjà utilisées comme la fusion par faisceau d’électrons et le dépôt par couches atomiques, pour n’en citer que deux. Ces techniques requièrent une grande précision en l’état, de sorte que leur introduction sur le marché industriel constitue un défi. Miller et Sindze rappellent par ailleurs que Tethon3D, Covestro et Mechnano ajoutent des nanocomposites dans leurs résines photo-polymérisables – tels que les céramiques nanométriques ou les nanotubes de carbone – afin d’améliorer considérablement les propriétés des objets 3D.
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Chimie, physique, procédés « nanométriques » ascendants
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DEVALAN (P.) - L’innovation de rupture, clé de la compétitivité. - Lavoisier Ed. – Paris (2006).
-
(2) - HUBERT (M.), VINCK (D.) - Des pratiques d’ingénierie aux transitions sociotechniques – Retour sur la notion d’ingénierie hétérogène dans le cas des micro et nanotechnologies. - Revue d’anthropologie des connaissances, 8, p. 361-389 (2014).
-
(3) - FEYNMAN (R.) - Discours « There’s plenty of ro-om at the bottom ». - (1959) Au congrès annuel de l’American Physical Society, Caltech. http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html
-
(4) - GALISON (P.) - Image and logic – Material culture of microphysics. - The University of Chicago Press Ed., Chicago – USA (1997).
-
(5) - VAURIS (D.), ANDRÉ (J.C.) - Changement d’échelle entre organoïde et organe appliqué au traitement de maladies graves. - Entropie, 3, 25 p. [En ligne] (2023). https://www.openscience.fr/Changement-d-echelle-entre-organoide-et-organe-applique-au-traitement-de
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Résines photo-polymérisables
Covestro – https://www.covestro.com/en
Mechnano – https://mechnano.com/
Tethon3D – https://tethon3d.com/
Cires synthétiques
3D Systems – https://fr.3dsystems.com/
Formfutura – https://formfutura.com/
Polymaker – https://polymaker.com/
Prodways – https://www.prodways-group.com/
Filaments magnétiques
Graphene Lab Inc
Encres inkjet
Nano Dimension – https://www.nano-di.com
Microtechnologies pour production des dispositifs industriels et médicaux
BMF Boston Micro Fabrication – https://bmf3d.com/
Microfabrica – https://www.microfabrica.com/
Microlight3D – https://www.microlight3d.com/
Nanoscribe – https://www.nanoscribe.com/en/
Technologie d’Impression 3D
Optomec (Aerosol) – https://optomec.com/
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