Article paru dans notre lettre d'information du 11 février 2021

3Deus Dynamics invente l’impression 3D au cœur de la poudre

La fabrication additive est une technique en pleine expansion et si certaines technologies sont déjà bien établies, cela n’empêche pas les chercheurs d’essayer de nouvelles voies. C’est ce qu’a fait l’équipe de la start-up 3Deus Dynamics, qui propose une approche à mi-chemin entre l’impression 3D et le moulage par injection, la Dynamic Modeling Deposition, qui permet de faire du moulage dynamique dans un bac de poudre. Outre le fait quelle utilise des matériaux classiques d’injection, sans les reformuler, elle s’affranchit de structure support et peut ajouter des fonctionnalités à la matière initiale suivant le type de poudre choisi. Julien Barthès, l’un des trois co-fondateurs de 3Deus Dynamics, nous en livre les secrets.

 

La fabrication additive peut sembler magique, un objet apparait peu à peu au fil des balayages d’une tête d’impression. Avec la technologie Dynamic Modeling Deposition (DMD), mise au point par l’équipe de la start-up 3Deus Dynamics, c’est encore plus magique, car on ne voit rien ! La tête de déposition se déplace au sein d’un bac plein de poudre et il faut attendre la fin de l’impression pour découvrir l’objet caché au sein du bac.

 

« Cela fait de nombreuses années que je m’intéresse à l’impression 3D, mais j’ai toujours été frappé par deux problématiques liées à cette technologie : l’effondrement des structures imprimées en matériaux souples ; la nécessité d’utiliser des matériaux développés spécifiquement », explique Julien Barthès, l’un des trois co-fondateurs de 3Deus Dynamics.

 

La poudre : support et additif

D’où l’idée de mettre au point un procédé d’impression qui s’affranchirait de ces contraintes. « Pour cela, notre tête d’impression ne se déplace pas à la surface d’une couche de poudre pour la solidifier, mais est immergée dans un bac de poudre où elle créé l’objet en injectant la matière, identique à celle utilisée dans les processus de moulage par injection. La poudre agit alors comme un moule dynamique, qui lors des déplacements de la tête d’injection s’écarte pour laisser la matière se déposer, puis se referme sur la matière juste après sa dépose. La matière, quelle que soit sa viscosité, est ainsi contrainte par la poudre. Notre savoir-faire réside dans la définition des caractéristiques de la poudre en fonction du matériau à injecter, pour qu’elle soit suffisamment fluide pour ne pas freiner la tête d’injection et suffisamment visqueuse pour soutenir la matière injectée. Cela a fait l’objet de notre premier brevet ».

La tête d’injection plonge dans le bac de poudre, l’impression 3D va pouvoir commencer. 
Doc : 3Deus Dynamics
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De fait, les poudres utilisées sont des poudres industrielles existantes d’une granularité comprise entre 50 et 400 µm, présentant une bonne coulabilité (billes de verre, silice et bien d’autres matières organiques et inorganiques). Le choix de la poudre est aussi conditionné par l’usage final de l’objet injecté. On peut soit vouloir un objet fait uniquement de la matière injectée, on utilisera alors une poudre sacrificielle, par exemple à base de sucre que l’on pourra dissoudre dans l’eau après l’impression, ou soit vouloir un objet en matériau composite, en gardant la poudre entre chaque couche et à leur surface. Cela permet d’ajouter des propriétés à l’objet en utilisant par exemple des poudres conductrices de l’électricité, magnétiques ou anti-microbiennes. La poudre est alors utilisée comme structure support lors de l’impression, mais aussi pour fonctionnaliser le matériau.

Le procédé DMD est rapide, puisque la tête d’injection se déplace entre 10 et 100 mm/s et les couches déposées font entre 50 et 100 µm. De plus, l’absence de structure de soutient ne bride plus la créativité des concepteurs en terme de géométrie imprimable. Comme en injection traditionnelle, le parachèvement de la pièce demande une cuisson après impression. Il suffit pour cela de monter le bac en température, 3 à 4 minutes à 175°C, la poudre soutenant toujours la pièce durant la réticulation du silicone.

 

Le silicone maitrisé, place à d’autres matériaux

« Notre technologie est mature pour les matériaux silicones initialement destinés à l’injection, qui sont les plus difficiles à imprimer en 3D. Les applications visées sont le médical principalement, mais aussi l’automobile, l’aéronautique ou l’énergie. Cependant, l’idée n’est pas de s’arrêter aux silicones, mais d’aller aussi vers les thermoplastiques, les élastomères et pourquoi pas les céramiques ou les métaux. Il suffit juste de trouver les poudres résistant aux températures de mise en œuvre de ces matériaux. L’objectif final est de rendre ce procédé compatible avec la plus grande gamme de matériaux possible. »

Les trois fondateurs de 3Deus Dynamics Edwin-Joffrey Courtial, Julien Barthès et Christophe Marquette. 
Doc : 3Deus Dynamics
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Concernant les poudres, de multiples voies de recherche sont aussi envisagées. Par contre, l’usage de poudres à base de nano-particules semble écarté car elles deviennent cohésives à cause des interactions électrostatiques et ne sont de fait pas auto-cicatrisantes.

« C’est pourquoi nos axes de développement sont de comprendre plus finement les interactions matériau/poudre et de définir des règles d’impression pour garantir la faisabilité et le succès d’une impression. »

 

Vers une injection robotisée ?

Le procédé DMD ne semble pas avoir de limites physique à l’impression des pièces. « Effectivement, il suffit d’avoir un bac plus grand et des courses de déplacement plus importantes en XYZ, voire d’utiliser un bras robotique. Ce qui pourrait être d’autant plus intéressant, vu que l’on n’est pas contraint d’imprimer à partir d’un plan de base. On peut alors envisager d’imprimer dans n’importe quelle direction de l’espace. Par contre, cela supposera non plus d’utiliser le format STL pour piloter la dépose, mais du tranchage en non-planaire. Ainsi, la buse d’injection ne superpose plus des parcours de profils en 2D, mais suit une trajectoire 3D, tout comme le font les outils d’une Machine-Outil à Commande Numérique 5 axes. Par exemple, si l’on veut imprimer un filament en 3D, le processus traditionnel d’impression va empiler une succession de gouttes, alors que l’impression en trajectoire va donner un filament continu. »

 

Une toute jeune start-up

« Titulaire d'un Master of Engineering de l'Ecole européenne de chimie polymères et matériaux de Strasbourg (ECPM) et d'un Master en physique/chimie des polymères de l'Université de Strasbourg, je travaillais depuis 5 ans dans une start-up de matériel médical à Strasbourg. J’y ai participé à un projet avec l’Institut de Chimie et Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires (ICBMS, UMR5246, CNRS-Université Lyon1) de l’Université Claude Bernard de Lyon et la société Elkem Silicones, sur des implants silicone imprimés en 3D. Durant ce projet, les chercheurs lyonnais, Christophe Marquette et Edwin-Joffrey Courtial, ont découvert le procédé de fabrication DMD. Ils l’ont maturé avec l’aide de la SATT Lyon-St Etienne Pulsalys destinée à aider les start-up innovantes et ils m’ont demandé de devenir l’entrepreneur porteur de ce projet pour valoriser leurs recherches en janvier 2020. Nous avons créé tous les trois la structure 3Deus Dynamics fin octobre 2020. » Toujours en poste à l’ICBMS et à la plate-forme 3D Fabric of Advanced Biology (3d.FAB), Christophe Marquette en est le Directeur scientifique et Edwin-Joffrey Courtial le directeur technique.

« Nous souhaitons créer une structure pérenne qui développe et commercialise le procédé, ainsi que les machines et les logiciels associés, en faisant appel à la sous-traitance pour la fabrication. Nous avons pour cela déposé très récemment une demande auprès de la BPI pour une première aide à l’innovation et une candidature au concours i-Lab. De plus, nous sommes en pourparlers avec des investisseurs et nous envisageons une levée de fonds avant l’été », conclu Julien Barthès.

 

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : https://3deusdynamics.com

Ingénieur de formation (ENIM) et journaliste professionnel depuis 1981, Jean-François Prevéraud a participé à de nombreux journaux et lettres d'information (Bureau d'Etudes, CFAO Synthèse, SIT, Industrie & Technologies, Usine Nouvelle...) comme journaliste, rédacteur en chef adjoint ou rédacteur en chef.

En retraite depuis février 2017, Jean-François veut que celle-ci soit active. C'est pour cette raison qu'il reste informé de ce qui bouge dans le PLM dans son sens le plus large (CFAO, Simulation Numérique, Impression 3D, Usine du futur, Réalité virtuelle et augmentée...). Il contribue désormais à notre lettre d'information pour commenter l'actualité que nous publions ou celle qu'il a pu glaner dans les événements qu'il continue à suivre.

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