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[Communiqué de presse] Impression 3D en verre : un nouveau brevet Cerfav - UL

Les procédés de fabrication additive sont démocratisés pour une large gamme de polymères, alliages métalliques et céramiques, mais encore très peu développés pour un matériau tel que le verre. Le Cerfav, centre de ressources technologiques spécialiste du verre, et l’Université de Lorraine viennent de concrétiser plusieurs années d’une étroite collaboration par la récente publication d’un brevet portant sur un nouveau procédé de fabrication additive pour les matériaux vitreux. La technologie mise au point permet d’imprimer des  pièces en verre directement par action d’un laser sur un lit de poudre de verre.

Vannes-le-Châtel, 16 septembre 2020
Les techniques de fabrication additive les plus répandues pour les céramiques et les métaux par exemple consistent à fabriquer un objet couche par couche, par dépôt de fil fondu, par stéréolithographie ou par fusion ou frittage laser notamment. Ces procédés permettent la production de pièces de précision, adaptées unitairement aux besoins des clients, et s’améliorent continuellement. Ils n’étaient néanmoins jusqu’à aujourd’hui pas adaptés pour le matériau verre, matériau très spécifique de par sa nature vitreuse, sa transparence dans les longueurs d’onde du visible et sa mise en forme à très haute température.

Les équipes du pôle Recherche et Développement du Cerfav et de Polytech Nancy-UL se sont inspirées plus particulièrement de la technologie du frittage par laser sur lit de poudre pour mettre au point un procédé innovant de fabrication additive qui soit adapté au matériau verre. Le procédé, baptisé GLAM, qui signifie tout simplement Glass Laser Additive Manufacturing, permet de résoudre la plupart des problèmes de mise en forme du verre sur de petits volumes et selon des géométries complexes avec une reproductibilité industrielle et une flexibilité propres à l’ensemble des procédés de fabrication additive.

 


Dodécaèdre imprimé en verre sodocalcique, avant recuisson. Crédit photo @Cerfav.

 

Un laser et une composition de verre adaptés à l’impression 3D

 

Cette nouvelle technologie repose sur l’interaction laser-matière entre un laser de longueur d’onde définie au préalable dans l’infrarouge (IR) ou dans l’ultraviolet (UV) et un lit de poudre du matériau vitreux (par exemple, des microbilles de verre). La composition chimique du verre et la morphologie de la poudre sont choisies selon l’application voulue ainsi que la forme et la précision de la pièce à imprimer. Le chauffage du lit de poudre et le maintien de la température du verre imprimé à des températures avoisinant la température de transition vitreuse du verre permet d'accroître la qualité de la pièce imprimée. L’avantage de cette technologie est qu’elle permet la fabrication directe d’objets sans ajout d’additifs, tels que des liants ou des encres (déjà utilisés principalement pour les céramiques), simplifiant ainsi également certains procédés existants. Un recuit du verre obtenu, de même type que ceux effectués pour du verre mis en forme classiquement, est nécessaire pour éliminer les tensions résiduelles du verre.

Des applications multiples

La fabrication additive pour le verre va permettre le prototypage d'objets 3D en verre avec architecture contrôlée dans de nombreux secteurs (connectique, catalyse hétérogène en conditions sévères, médical, etc…) pour diverses applications (microfluidique, connectique, substituts osseux, etc…). À chaque fois, la composition du verre pourra être adaptée par les docteurs-ingénieurs du Cerfav afin de répondre aux propriétés demandées pour l’objet à imprimer, telles que par exemple l’indice de réfraction pour des propriétés optiques particulières, un coefficient de dilatation adaptée à l’application voulue, ou une composition de verre bioactif pour le médical.

Maturation et commercialisation

Le Cerfav et Polytech Nancy - UL ont démontré que la technologie fonctionne via un démonstrateur, un projet de maturation actuellement géré par la SATT SAYENS, premier investisseur mobilisé,  va permettre d’imprimer un prototype de circuit pour le secteur de la microfluidique. L’étape suivante sera le développement d’une imprimante à échelle industrielle avec un partenaire intéressé pour commercialiser cette nouvelle technologie. Le Cerfav mettra au point les différentes matières premières, poudres de verre, nécessaires à l'impression selon les secteurs d’application visés.

Rencontrez-nous à Lyon lors des Rendez-Vous Carnot

Toute personne intéressée est invitée à venir rencontrer l’équipe du Cerfav sur le stand ICEEL des Rendez-Vous Carnot 2020 de Lyon les 18 et 19 novembre prochains.

Contact

camille.ortali@cerfav.fr, Ingénieure R&D, Cerfav

 

Télécharger le communiqué de presse (pdf)

Voir les autres projets de recherche verriers du Cerfav


Le Cerfav est le centre de ressources technologiques (CRT) spécialiste du verre. Ses activités sont regroupées selon 3 pôles : la formation, la R&D (Recherche et Développement), et la médiation culturelle. Basé depuis 30 ans à Vannes-le-Châtel, en région Grand Est, berceau du verre et du cristal, le Cerfav accompagne les professionnels du verre depuis l’artisanat jusqu’à l’industrie. Le pôle R&D s’intéresse tout particulièrement à la mise au point de compositions de verres techniques (électronique, photonique, biomédical notamment), à la caractérisation du verre, et au développement de procédés (impression 3D, réalité virtuelle et réalité augmentée).

 

Le procédé GLAM est issu du projet Glass Printing qui a été labellisé par le pôle de compétitivité Materalia, soutenu par la DRRT Lorraine, et réalisé avec le concours financier du Conseil Régional de Lorraine, du FNADT, et de l'Union européenne dans le cadre du Programme opérationnel FEDER-FSE Lorraine et Massif des Vosges 2014-2020.