Une imprimante 3D haute précision bat tous les records de vitesse à l’Université technologique de Vienne. Elle ouvre de nouvelles perspectives d’applications, notamment en médecine, comme l’explique Aleksandr Ovsianikov, chercheur à l’Institut des sciences et des technologies des matériaux.
M. Ovsianikov, quelles nouveautés apportent l’imprimante 3D mise au point dans votre université ?
Le concept de la lithographie à deux photons existe déjà depuis plus de dix ans, mais il s’appliquait principalement à la photonique. Le problème était que, jusqu’à présent, cette méthode était très lente. On a mesuré la vitesse d’impression en millimètre par seconde. Notre appareil atteint cinq mètres à la seconde : c’est le record du monde en lithographie à deux photons.
Quelle est la taille des structures que vous pouvez générer avec votre imprimante ?
Cela dépend bien sûr du matériau avec lequel nous travaillons. Notre record a été établi avec des structures dont la résolution de détail est inférieure à 100 nanomètres.
Combien de temps faut-il pour créer une structure ?
Comme les valeurs sont très différentes, un exemple sera plus parlant. Prenons un échantillon pour une expérience en génie biomédical dont le but est de tester l’ancrage et le développement des cellules. Un échantillon approprié pour la microplaque de titrage mesure environ 3 fois 3 millimètres. Il doit toutefois présenter des structures extrêmement fines selon un agencement défini et reproductible. Il nous suffit de quelques heures pour fabriquer une pièce à partir de matériaux biocompatibles, alors que d’autres appareils mettront souvent plusieurs jours.
Comment avez-vous réussi à atteindre une telle vitesse ?
C’est le résultat d’un concours de plusieurs nouveautés. La première est l’amélioration du contrôle des miroirs, qui sont tout le temps en mouvement pendant l’impression 3D, avec des phases d’accélération et de ralentissement parfaitement contrôlées. Le deuxième point concerne les matériaux : la lumière rapide nous sert uniquement, si le matériau est suffisamment réactif et qu’elle forme rapidement les structures requises. Pour la conformation et la sélection des matériaux réactifs, ainsi que des photo-initiateurs, le professeur Robert Liska et son groupe de travail de l’Institut de chimie de synthèse appliquée nous ont apporté leur soutien.
Pourquoi le matériau a-t-il tant d’importance ?
Contrairement à d’autres techniques d’impression 3D classiques, nous ne travaillons pas avec des poudres, mais avec des résines ou des solutions aqueuses. Nous pouvons donc faire durcir le matériau par vieillissement sous forme de volumes, là où nous le souhaitons. Nous pouvons ensuite fabriquer des structures extrêmement fines sans avoir à préparer la surface pour l’application de la couche suivante. Là encore, le gain de temps est considérable.
Quelles applications envisagez-vous ?
Les applications possibles sont principalement d’ordre technique et médical. Comme nous créons des structures extrêmement petites et reproductibles à partir de données CAO, toutes les conditions sont réunies pour développer des prothèses pour des micro-vaisseaux sanguins. Contrairement aux vaisseaux de grand volume, ces micro-vaisseaux sont difficiles à remplacer par des prothèses artificielles classiques. Mais pour cultiver de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de cellules correctes, il est important qu’une structure donnée présente des caractéristiques appropriées : taille, structure et matériau doivent correspondre pour que les cellules puissent se réordonner correctement. Notre imprimante 3D permet de fabriquer de nombreux squelettes pour des tests avec ce type de cellules et faire varier ces squelettes jusqu’à ce que les biologistes aient trouvé la structure de prothèse adaptée et bien acceptée par les cellules.
Quel matériau utilisez-vous dans ce cas ?
Nous utilisons différents matériaux sources pour le génie biomédical, comme la gélatine dénaturée ou la fibrine. Ils sont additionnés de groupes fonctionnels et photo-réactifs comme l’acrylate ou le méthacrylate. Nous les rendons ainsi photo-polymérisables et ils peuvent ainsi encore durcir si la solution contient une proportion d’eau supérieure à 50 % et que nous travaillons dans l’infrarouge proche. Nous pouvons ainsi créer les structures requises dans le périmètre de cellules vivantes. On a ainsi pensé par exemple à une polymérisation directement dans un genou dont le cartilage est abîmé, en utilisant de l’acide hyaluronique comme base de travail. Nous avons vérifié le fonctionnement du principe avec un nématode. Une cage en polymère s’est créée autour de lui dans une solution aqueuse. Ni le matériau, ni les monomères, ni même le faisceau lumineux ne l’ont endommagé. Ce procédé en est encore au stade de la recherche et loin d’être homologué par la FDA.
Avez-vous des partenaires industriels pour poursuivre ces développements ?
Nous travaillons sur quelques études de faisabilité, aussi bien dans le domaine technique que médical. Dans un avenir proche, nous allons nous consacrer avant tout à la gamme des matériaux.
Dr Birgit Oppermann birgit.oppermann@konradin.de
Informations complémentaires Unité de recherche de l’Université technologique de Vienne : http://amt.tuwien.ac.at/home/ Comment créer une mini-voiture de course en résine ? Rendez-vous sur : http://amt.tuwien.ac.at/projekte/2pp/
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