Bien que la fabrication additive – plus communément appelée impression 3D – soit aujourd’hui une technologie éprouvée contribuant de façon bénéfique à plusieurs secteurs économiques, elle reste encore limitée aux pièces rigides et statiques. Hamed Asgari, professeur adjoint à l’Université du Nouveau-Brunswick (UNB), affirme que l’impression 4D de matériaux métamorphes ou « intelligents » qui peuvent s’adapter à leur environnement d’exploitation est la solution pour créer des composants dynamiques et animés et ainsi surmonter les limites de l’impression 3D.

« L’impression 4D, en tant que processus de fabrication révolutionnaire, utilise les mêmes techniques que l’impression 3D. La différence est que maintenant les composants fabriqués en 3D peuvent ensuite changer de forme par expansion, contraction, pliage et flexion ou modifier leurs propriétés au fil du temps en réponse à un stimulus environnemental comme la chaleur, l’humidité, la lumière, le stress ou les champs magnétiques, le tout sans intervention humaine ou mécanique, explique M. Asgari. La quatrième dimension du 4D est donc le temps. »

Le Nouveau-Brunswick peut montrer la voie

En tant que titulaire de la Chaire de recherche Lockheed Martin en fabrication additive au sein du Marine Additive Manufacturing Centre of Excellence (MAMCE) de l’UNB, M. Asgari est ravi d’aider l’UNB et le Nouveau-Brunswick à montrer la voie en matière de technologie d’impression 4D.

« Le marché mondial des matériaux intelligents connaît une croissance considérable et devrait atteindre 158 milliards de dollars américains d’ici 2030, a-t-il déclaré. (Source) Cette «intelligence» peut être utilisée pour des applications de changement de forme, des outils «adaptatifs» et des dispositifs «sensoriels» tels que des capteurs et des actionneurs dans de multiples secteurs économiques, notamment l’aérospatiale et la défense, l’exploration spatiale, l’automobile, la robotique, l’énergie nucléaire, les énergies renouvelables, les télécommunications, les appareils médicaux, l’exploitation minière et la construction. »

Asgari cherche à créer un nouveau champ de recherche à l’UNB et à faire passer la fabrication additive au niveau supérieur. « Nous nous concentrons sur le développement d’alliages à mémoire de forme (AMF) imprimés, également appelés alliages intelligents, en particulier de nouveaux AMF à base de cuivre, note-t-il. Pour mettre les choses en perspective, il n’y a que quatre imprimantes au Canada capables de traiter des alliages de cuivre et d’imprimer des AMF à base de cuivre et l’UNB en aura bientôt deux. »

Il dit que les structures, matériaux et dispositifs intelligents sont les caractéristiques clés et les facteurs déterminants dans tous les domaines de nos jours. Pour cette raison, le développement d’AMF imprimés « réactifs » par impression 4D est une pratique fondamentale pour révolutionner le monde de la fabrication additive et accroître le caractère concurrentiel des entreprises canadiennes. Il dit que le travail du MAMCE dans la fabrication additive aidera également les fabricants canadiens à rester économiquement viables et respectueux de l’environnement, accélérant la transition de ces entreprises vers la carboneutralité. L’impression 4D permet aux entreprises de réaliser des conceptions compactes de composants solides mais légers. Cela se traduira par une réduction du volume, ce qui, à son tour, diminue les coûts de fabrication, diminue la consommation d’énergie et réduit au minimum les problèmes de stockage et de transport.

 Les AMF en action

Voici quelques exemples de cette technologie :

  • Des câbles d’AMF peuvent être installés dans les bâtiments, leur permettant de répondre aux variations de l’environnement et de contrôler la ventilation et la lumière des pièces.
  • En utilisant des bandes AMF dans des panneaux solaires, des cellules automatisées d’auto-suivi solaire peuvent être développées dans lesquelles les panneaux solaires sont capables de modifier leur forme en réponse à la chaleur du soleil, en s’inclinant pour suivre la position du soleil à une énergie maximale. Cela donne lieu à une augmentation significative de la production d’électricité dans les systèmes photovoltaïques sans utiliser les systèmes de suivi solaire conventionnels qui sont coûteux et compliqués.
  • Les AMF peuvent être utilisés dans les avions pour réduire le niveau de bruit et de vibration. De plus, les ailes bio-inspirées déformables des drones et des avions fabriqués avec des AMF peuvent augmenter l’efficacité aérodynamique des avions leur permettant de fonctionner à des phases spécifiques du voyage.
  • Les AMF peuvent être utilisés dans la production d’endoprothèses auto-expansibles; ces endoprothèses sont mises en place dans la veine à basse température, puis la chaleur du flux sanguin les étire. Elles sont plus sûres que les endoprothèses en acier inoxydable courantes, car elles appliquent une force uniforme sur la veine et ne nécessitent pas d’expansion du ballonnet, ce qui est un processus risqué comportant la possibilité d’endommager le tissu vasculaire.

« Grâce au MAMCE, le Nouveau-Brunswick sera le chef de file provincial en termes de développement de la technologie d’impression 4D et pourrait devenir un acteur majeur dans le domaine des alliages intelligents et de la fabrication intelligente en Amérique du Nord, déclare M. Asgari. Étant basés à l’UNB, nous avons également accès à des experts et à des équipements en caractérisation des matériaux, en IA et en apprentissage automatique qui peuvent nous aider à optimiser davantage nos processus et à créer de nouveaux AMF avec des propriétés modifiées, conduisant à une application plus écologique et plus fiable de la technologie d’impression 4D. Tous les ingrédients sont là, mais nous aurons besoin du soutien de partenaires de l’industrie pour nous assurer de garder une longueur d’avance sur les autres provinces et territoires. »

 

Les entreprises désirant collaborer avec l’équipe MAMCE de l’Université du Nouveau-Brunswick sur des projets liés à la fabrication additive sont encouragées à contacter directement l’équipe des partenariats de recherche et d’innovation de l’UNB à partner@unb.ca.