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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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Lire l’articleAuteur(s)
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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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Glossaire5. Conclusion
L’impression 3D a rapidement progressé vers les échelles submicroniques (inférieures au micromètre) et nanométriques (de l’ordre de 10−3 µm) permettant de fabriquer des dispositifs fonctionnels de plus en plus petits. Des défis spécifiques sont associés à la qualité de l’impression à ces échelles, à l’association entre matériaux à propriétés différentes, ce qui peut rendre plus difficile pour les chercheurs l’atteinte des objectifs qu’ils se sont fixés. À ce jour, des liens conducteurs, diélectriques et magnétiques ont été formulés et mis en œuvre avec succès aux stades des laboratoires dans l’impression 3D de capteurs, d’actionneurs et d’autres dispositifs fonctionnels. Ces succès démontrent les capacités potentielles de l’impression 3D de matériaux fonctionnels à l’échelle nanométrique, et leur mise en œuvre finale dans des dispositifs et des applications multifonctionnels et innovants. Pour autant, indépendamment des difficultés liées à la taille des objets 3D, la promotion de ce type d’innovation ne pourra vraisemblablement être engagée avec succès que lorsque des fabrications (plus) collectives verront le jour (comme cela existe en microélectronique et en nanoélectronique).
Cet article résume l’état des techniques de fabrication et, pour une moindre part, d’utilisation d’architectures 3D à l’échelle nanométrique ou micrométrique s’appuyant sur divers systèmes fonctionnels. Les approches comprennent :
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des techniques descendantes pour former des structures de petites tailles, si possible à partir de technologies 3D poussées à leurs limites, sinon avec des matières liquides/fluides ou en couches minces par des processus de lithographie ;
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des techniques ascendantes basées sur l’autoassemblage de molécules et de particules (plus ou moins stimulé) ;
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des approches d’assemblage qui impliquent des transformations de formes 2D en 3D sous l’effet de contraintes internes, de forces externes ou de déformations du substrat, avec des conceptions inspirées des arts de l’origami et du kirigami.
Des technologies hybrides complètent qualitativement cet article. Une grande variété de matériaux, allant des semi-conducteurs inorganiques à haute performance aux matériaux 2D tels que le graphène et le MoS2, peuvent être...
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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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