Des chercheurs de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ont mis au point une nouvelle technique d’impression : enlever de la matière plutôt que d’en ajouter. Ce procédé pourra se révéler utile dans l’impression de billets de banque ou de documents d’identité.

« On renverse le concept d’impression de Gutenberg pour développer une technique totalement nouvelle, lance Olivier Martin, professeur et directeur du laboratoire de nanophotonique et métrologie à la faculté des sciences et techniques de l’ingénieur, de l’EPFL.

Sur la photo ci-dessous Olivier Martin tient dans ses mains un échantillon de sa méthode d’impression inédite : une plaque avec le logo de l’EPFL. Les lettres sont transparentes alors que les pourtours apparaissent noirs ou couleur aluminium.

L’idée initiale ? Fabriquer un matériau qui absorbe parfaitement la lumière. Les chercheurs du laboratoire ont conçu un matériau constitué de trois éléments formant des couches distinctes. La première est de l’aluminium, la seconde, un composant diélectrique appelé fluor de magnésium et du chrome forme la troisième couche. Chaque strate ne mesure que quelques nanomètres d’épaisseur. Finalement, cela donne une plaque noire absorbante de lumière.

« La couleur noire reste difficile à obtenir. Soit elle est bleutée, soit elle est violacée. Dans notre cas, le noir se révèle parfaitement noir. Cela signifie que le matériau créé se montre capable de capter 100 % de la lumière », explique Olivier Martin.

Sebastian Mader, doctorant responsable du projet, s’est alors demandé ce qu’il se passerait s’il enlevait la première couche de matière, soit celle de chrome. « Il ne reste que l’aluminium et le diélectrique. Les deux forment un miroir parfait.

L’absorption de la lumière se trouve nulle et le matériau réfléchit toutes les longueurs d’onde », relève le scientifique. Enfin, si les deux autres strates sont ôtées, il ne subsiste que la vitre en plexiglas qui sert de support. « On obtient alors de la transparence », ajoute-t-il.

Pour éliminer les différentes couches, les scientifiques ont utilisé un laser. Ce dernier s’avère si précis qu’il est possible de n’enlever qu’une partie des couches afin de jouer avec toute une gamme de nuances entre le noir et le transparent.

« Plus le laser reste à un même endroit, plus il retire de la matière. On crée de la transparence au lieu de produire de la couleur, soutient Olivier Martin. Le contraste reste important pour les yeux. Avec le noir parfait et la transparence, nous pouvons vraiment écrire avec beaucoup de contraste. Par exemple, des lettres blanches sur du fond noir se lisent très bien ».
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MAHLE, un fournisseur allemand de l’industrie automobile, a produit pour la première fois des pistons en aluminium haute performance en utilisant l’impression 3D. C’est dans le cadre d’une coopération avec le constructeur de voitures de sport Porsche et la société de construction mécanique Trumpf, que MAHLE a produit ces pistons qui ont été testés avec succès sur le banc d’essai moteur de la voiture de sport 911 GT2 RS de Porsche.

Alors que les pistons forgés standard ont atteint les limites de leur potentiel de performances, les pistons MAHLE produits par l’imprimante 3D augmentent les performances du moteur de la Porsche 911 GT2 RS, tout en la rendant plus efficace.

Le nouveau processus présente la possibilité de mettre en œuvre une conception dite bionique. Dans cette approche, qui imite les structures naturelles telles que le squelette humain, la matière n’est ajoutée que dans les zones chargées, la structure du piston étant adaptée à la charge. Ce qui permet d’économiser de la matière et d’avoir le potentiel de rendre le piston imprimé en 3D jusqu’à 20 % plus léger que son homologue de fabrication habituelle et ce, tout en augmentant la rigidité.

De plus, les développeurs de MAHLE ont introduit une galerie de refroidissement qui réduit la charge thermique au niveau de la zone dite supérieure, une partie particulièrement sollicitée du piston, optimisant ainsi la combustion et ouvrant la voie à des régimes moteur maximum plus élevés.

Le nouveau processus de production est basé sur un alliage d’aluminium spécial développé par MAHLE. Atomisé en une poudre fine puis imprimé dans un processus connu sous le nom de fusion laser de métal (LMF), cet alliage est soumis à un faisceau laser qui fait fondre la poudre à l’épaisseur de couche souhaitée, suivi de l’application d’une nouvelle couche sur le dessus, construisant ainsi le piston une couche à la fois. En utilisant cette méthode, le spécialiste de l’impression 3D Trumpf ont produit des ébauches de piston composées d’environ 1 200 couches en environ 12 heures.

L’ébauche de piston est ensuite finie, mesurée et testée chez MAHLE et doit répondre aux mêmes normes strictes qu’une pièce de fabrication conventionnelle. Une attention particulière est portée à la zone centrale du piston – connue sous le nom de jupe – et au point de connexion avec la bielle – l’alésage de l’axe. Ces zones sont soumises à des tests de pulsation et d’arrachement de jupe; Les ingénieurs de MAHLE peuvent ainsi simuler les charges qui se produiront lors de l’exploitation future.

En plus de couper des pistons ouverts pour l’analyse, le partenaire du projet Zeiss a effectué de nombreux tests non destructifs en utilisant des procédures telles que la tomodensitométrie, la numérisation 3D et la microscopie. Les résultats montrent que le piston imprimé atteint le même standard de qualité élevé qu’un piston de production fabriqué de manière conventionnelle.

Pour ce qui est des essais pratiques, six pistons ont été installés dans le moteur de la Porsche 911 GT2 RS et l’unité d’entraînement a réussi 200 heures d’essais d’endurance dans les conditions les plus difficiles sur le banc d’essai. Cela représentait environ 6000 kilomètres à une vitesse moyenne de 250 km / h, y compris les arrêts de ravitaillement, et environ 135 heures à pleine charge. L’essai comprenait également 25 heures de charge motrice, c’est-à-dire le mode de dépassement simulé d’un véhicule.
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