Ces labos qui nous changent la vie.
Imaginer les objets, c’est bien ; mais les créer tout de suite, c’est mieux, et c’est maintenant possible grâce à un tout nouvel outil à la disposition des chercheurs : l’imprimante 3D.
Mettre en forme un document sur son ordinateur, cliquer sur “imprimer” dans le menu déroulant du logiciel et obtenir en quelques secondes une copie papier du texte et des illustrations apparaissant à l’écran sur une petite imprimante de bureau : quoi de plus banal aujourd’hui ? Mais imaginez maintenant qu’il soit possible d’enchaîner des actions comparables et d’obtenir comme résultat non pas une feuille encrée en noir et blanc ou en couleur mais un objet, comme une figurine en plastique ou un bracelet en résine, ou encore un nouveau robinet pour votre salle de bains. Un objet dont vous auriez téléchargé le plan tridimensionnel (3D) sur Internet, ou que vous auriez conçu vous-même grâce à un logiciel et qui se matérialiserait chez vous, comme par miracle, via une “imprimante 3D”.
Ne s’agirait-il pas d’une révolution encore plus extraordinaire que celle de la bureautique personnelle et de l’impression 2D ? Nous pourrions tous devenir producteur de nombre d’objets utilisés dans la vie quotidienne, que nous pourrions ajuster précisément à nos besoins, et même créer en toute liberté des oeuvres nées de notre imagination – jouets, bijoux, bibelots… – ou inventer des instruments pratiques pouvant être vendus, sur le Net bien entendu.
Cette perspective ne relève pas de la science-fiction : il est déjà possible d’acheter une imprimante 3D pour un prix de l’ordre de 1 000 euros et de se procurer, gratuitement ou à coût raisonnable, les logiciels nécessaires pour concevoir des objets tridimensionnels sur son ordinateur, avant de les “imprimer” dans divers matériaux (plastique, résine, métal).
Mais comment fonctionne une imprimante 3D ? L’objet à “imprimer” est d’abord décrit par l’utilisateur, avec un logiciel de conception assistée sur ordinateur (CAO), comme une succession de fines couches superposées. Cette description est ensuite convertie en ordres envoyés à l’imprimante 3D, qui va créer successivement et superposer chaque couche de l’objet, jusqu’à ce qu’il soit complètement matérialisé.
Différentes techniques peuvent être utilisées pour former les couches, selon les matériaux choisis, qui jouent le rôle des encres dans une imprimante traditionnelle. Il est ainsi possible de projeter, suivant le plan de l’objet, une couche de gouttelettes de plastique, qui va ensuite être rigidifiée par exposition à des rayons ultraviolets. On peut aussi déposer, toujours selon le plan établi, une mince couche de poudre métallique, dont les granules seront fusionnés sous l’action d’un laser ou d’un faisceau de particules. Les variantes sont nombreuses mais pour l’instant, pour les imprimantes 3D personnelles, les “encres” utilisables sont limitées (principalement plastiques, résines et métaux) et la dimension des objets “imprimables” ne dépasse pas une dizaine de centimètres, avec une précision de l’ordre du dixième de millimètre.
Pourquoi la possibilité d’utiliser des imprimantes 3D n’est-elle pas davantage connue et n’a-t-elle pas encore quitté un cercle d’amateurs passionnés, qui constituent un “réseau social” spécifique dans le monde ? Parce que, même si elle progresse à pas de géant sur le plan technique, elle en est encore au stade des balbutiements pour ce qui est de ses applications personnelles. On peut la comparer à ce qu’était l’usage des ordinateurs personnels avant les Apple et les PC d’IBM, dans les années 1970 : une révolution en gestation, où des “fondus” d’informatique montaient eux-mêmes des machines vendues en kit par correspondance. Ils créaient, tout en les découvrant, les utilisations extraordinaires de ces machines…
Au stade actuel, il faut encore apprendre tout ce que la “fabrication personnelle” va rendre possible, et qui s’apparentera à une révolution culturelle et… industrielle ! Tous “fabricants” dans une économie diffuse, où l’entrepreneuriat et la petite entreprise prendraient une place de plus en plus importante par rapport aux grandes manufactures ? Pourquoi pas un jour…
Mais est-il nécessaire d’attendre la pénétration en masse des imprimantes 3D dans les foyers, les associations, les ateliers de quartier, pour que la technique de l’impression d’objets bouleverse l’industrie ? Ce n’est pas le cas : l’impression 3D, avec des machines encore chères, complexes et volumineuses, pénètre d’ores et déjà en force dans le monde des industries manufacturières.
À l’origine, voici une dizaine d’années, les imprimantes 3D industrielles ont été utilisées pour fabriquer des prototypes de pièces ou de produits dans des domaines de pointe : aérospatial, automobile, équipements médicaux. Elles disposent d’un énorme atout pour ce type de fabrication : elles peuvent produire à la demande, et rapidement, des modèles uniques, faciles à modifier au fur à mesure des essais. Une fois le prototype au point, l’élément était ensuite fabriqué avec les machines-outils traditionnelles.
Mais les imprimantes 3D possèdent quelques avantages qui leur ont permis de passer de la fabrication de prototypes à la production opérationnelle de certains objets. En premier lieu, l’économie de matériaux : en impression 3D, on utilise seulement la quantité dont on a besoin, alors que lorsque l’on fabrique une pièce à partir d’un bloc métallique, par exemple, on peut éliminer jusqu’à 90 % du matériau de départ. Deuxième avantage : le coût d’un élément fabriqué est le même quelque soit le nombre produit, ce qui est bien adapté aux petites séries. Troisième avantage : le logiciel de conception et de pilotage de l’imprimante 3D permet de modifier à la demande les caractéristiques des objets produits, qui peuvent donc être adaptés chacun à des besoins individuels. Enfin, et peut-être sur tout : l’impression 3D donne la possibilité de concevoir des produits optimisés pour leurs caractéristiques et leurs performances, indépendamment de toute contrainte liée à la production en série par des machines-outils classiques.
Économie, individualisation, optimisation : l’impression 3D s’impose comme une solution d’avenir pour de plus en plus de productions industrielles. Exemple : l’un des plus grands conglomérats industriels mondiaux, l’américain General Electric (GE), utilise des imprimantes 3D pour fabriquer les éléments clés de ses scanners ultrasonores pour l’échographie – les transducteurs en céramiques piézoélectriques, qui servent à produire et recevoir les ultrasons. GE veut introduire, à terme, l’impression 3D dans tous ses domaines d’activité industrielle, y compris les moteurs d’avion (où il domine le marché civil), et estime qu’il sera un jour possible de fabriquer un moteur entièrement avec cette technique. EADS commence à produire par impression 3D des éléments en titane pour train d’atterrissage et envisage, à terme, la production d’éléments beaucoup plus importants, comme des ailes entières d’avion, avec cette technique.
Dans un domaine très différent, la fabrication de prothèses auditives ou de dents artificielles, l’impression 3D a déjà accompli une pénétration très importante, du fait de l’ajustement possible de chaque produit à la physiologie du patient.
Jusqu’où ira la transformation de l’industrie par l’impression 3D ? Les techniques traditionnelles seront-elles un jour complètement remplacées ? Il est plus probable qu’il y aura complémentarité, des imprimantes 3D commençant, par exemple, un travail que des machines à commandes numériques de très grande précision termineront. Cela étant, un aspect mérite réflexion : par sa nouveauté et sa totale automation, l’impression 3D offre certainement des possibilités de rapatriement de certaines productions industrielles et de développement de nouvelles productions. Autrement dit, elle pourrait jouer un rôle significatif dans la ré-industrialisation d’un pays comme la France.
Révolution de la “fabrication personnelle”, transformation de l’industrie manufacturière, l’impression 3D va changer le monde, et certaines de ses perspectives donnent le vertige : des prospectivistes n’imaginent-ils pas que l’on pourrait un jour “imprimer” des organes, comme l’on commence dès aujourd’hui à “imprimer” des fragments de peau et de vaisseaux sanguins, en utilisant comme “encres” des cellules vivantes…
source : Alain Dupas
L'imprimante d'organes
| Besoin d'une artère ou d'un nouveau foie ? Pas de problème: il suffit de les imprimer. Avec un papier et une encre un peu spéciaux, il sera bientôt possible d'obtenir des organes de rechange sur mesure. |
"Je pense que ça va casser la baraque" affirme Glenn Prestwich, professeur à l'université d'Utah. Son invention, le biopapier, est l'étape à l'impression d'organes. D'après lui, cette technologie sera effective dans moins de 10 ans. On pourra alors imprimer facilement des foies, des reins, des vaisseaux sanguins, et même des cellules cérébrales.
Encre et papier biologique
On sait déjà aujourd'hui fabriquer des brins d'ARN en deux dimensions, une des molécules de base de tout être vivant. Mais la nouveauté de la technique développée par Glenn Prestwich et Gabor Forgacs, professeur de physique biologique de l'université de Missouri-Columbia, c'est que l'on est maintenant capable d'obtenir des organes en trois dimensions.La technique est simple et fonctionne sur le mode des imprimantes à jet d'encre. "L'encre", à base de cellules souches issues de vaisseaux sanguins ou de valves cardiaques, est projetée sur le "biopapier", constitué d'hydrogel spécial.
Plusieurs "feuilles" de cellules sont ensuite empilées les unes sur les autres. Pour un vaisseau sanguin de 2 cm de long par exemple, on imprime un anneau et on empile 2 cm de feuilles. La vitesse d'impression n'atteint toutefois pas les performances des imprimantes classiques : il faut compter 2 minutes pour imprimer une feuille. Mais il est possible d'imprimer directement des tubes, si on utilise du biopapier en spirale.
Auto-assemblage des cellules
Tout le processus réside ensuite dans la capacité des cellules à s'auto-assembler à partir du support. Le papier est un gel composé de gélatine modifiée et d'acide hyaluronique, une substance nutritive riche en sucres dans laquelle baignent les cellules de notre corps. Les cellules utilisent ce gel comme matrice pour se nourrir, et le vaisseau devient solide au bout d'une semaine environ.Des cellules cérébrales de rechange
Une autre équipe londonienne cherche elle à imprimer des cellules cérébrales pour remplacer des zones endommagées du cerveau. Mais il faut pour cela encore réduire la taille des gouttes de cellules vivantes à quelques micromètres seulement. C'est techniquement possible en faisant subir un fort champ électrique au liquide à la sortie de la tête d'impression : le flux va alors s'éparpiller et un seul jet atteindre le biopapier. Reste à savoir si les cellules ne risquent pas d'être endommagées par un tel traitement.Cinq millions de dollars ont en tout cas été alloués au projet américain par la NSF (National Science Fondation). De quoi fabriquer une banque d'organes déjà bien fournie.
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