Une imprimante 3D nouvellement acquise stimule la recherche avancée sur la céramique à Penn State

Chad Eichfeld, à gauche, professeur de recherche agrégé et directeur des opérations du laboratoire de nanofabrication, et Amira Meddeb, professeure de recherche, caractérisations électriques, dans le laboratoire de nanofabrications avec l'imprimante 3D Lithoz CeraFab Lab. Crédit : Jamie Oberdick. Tous droits réservés.

27 juin 2023

Par Jamie Oberdick

UNIVERSITY PARK, Pennsylvanie — Une imprimante céramique 3D récemment installée offre aux chercheurs en matériaux de Penn State des capacités avancées pour produire facilement des pièces en céramique haute résolution et d'autres céramiques innovantes pour la recherche de matériaux de pointe à un coût inférieur à celui de leur approvisionnement.

Alors que beaucoup connaissent la céramique en tant qu'art ou articles ménagers comme les tasses à café, la céramique a des applications moins connues allant du stockage d'énergie via des batteries à semi-conducteurs aux dispositifs ferroélectriques et piézoélectriques tels que les capteurs de chaleur. Des chercheurs du Materials Research Institute (MRI) de Penn State ont déclaré qu'ils considéraient l'imprimante 3D Lithoz CeraFab Lab comme un outil nécessaire pour faire avancer la recherche sur les matériaux dans l'ensemble de l'université.

"Cela fera partie d'une installation utilisateur ici à Penn State, dans le laboratoire de nanofabrication", a déclaré Amira Meddeb, professeure de recherche agrégée en IRM. « La principale raison pour laquelle nous l'avons acquis est de permettre davantage de capacités non seulement à la communauté de Penn State, mais également à notre communauté d'utilisateurs élargie avec laquelle nous travaillons, y compris d'autres établissements d'enseignement supérieur et l'industrie.

L'activation de cette production permet également à MRI de créer des outils scientifiques personnalisés pour d'autres chercheurs de Penn State, qui sont généralement coûteux et difficiles à trouver.

"L'imprimante nous permet de produire des pièces personnalisées et complexes qui sont généralement coûteuses et nécessitent de longs délais de livraison, telles que des creusets et des microréacteurs conçus sur mesure", a déclaré Meddeb.

L'imprimante à base de résine utilise la technologie de traitement numérique de la lumière, une technique qui utilise la lumière pour transformer des résines liquides photosensibles en solides durs. Cela permet la production en interne de pièces haute résolution et de céramiques pleine densité comparables en termes de propriétés et de microstructure aux céramiques fabriquées par des méthodes de fabrication traditionnelles.

Une petite impression test du Sanctuaire du Lion et du Stade Beaver, mesurant un peu plus d'un pouce sur un pouce, démontre le niveau de détail que l'imprimante 3D en céramique est capable de produire. Crédit : Jamie Oberdick. Tous droits réservés.

« Les céramiques sont extrêmement difficiles à fabriquer de manière traditionnelle pour diverses raisons, notamment parce qu'elles sont si dures une fois finies et frittées qu'elles sont très difficiles à usiner », a déclaré Shawn Allan, vice-président de Lithoz America LLC. « De plus, ils peuvent être délicats avant d'être frittés et, dans cet état, ils sont également difficiles à fixer et à usiner. Par rapport à cette imprimante, vous pouvez beaucoup plus facilement réaliser plusieurs itérations d’une pièce avec différentes géométries et différentes dimensions et obtenir la pièce dont vous avez réellement besoin.

L'imprimante peut imprimer une grande variété de matériaux céramiques. Il offre la possibilité de changer facilement de matériaux pour différents projets, et il est relativement simple à apprendre à l'utiliser, en particulier pour quelqu'un ayant une expérience traditionnelle dans le traitement de la céramique. L'imprimeur complète l'offre de recherche proposée par MRI, selon Chad Eichfeld, professeur-chercheur agrégé et directeur des opérations du laboratoire de nanofabrication.

"Nous pouvons travailler avec des chercheurs pour réaliser la conception du matériau, l'impression 3D du matériau, [et] vous pouvez également effectuer la caractérisation ici", a déclaré Eichfeld. "Le fait de réunir tout cela vous permet de réaliser les itérations rapides de production de céramique qui sont nécessaires au succès de nos chercheurs."

Outre les avantages en matière de recherche, Eichfeld a noté que la nouvelle imprimante présente un grand potentiel pour l'éducation aux matériaux à Penn State.

« Penn State est un établissement d'enseignement pratique », a déclaré Eichfeld. « Dans d'autres universités, un étudiant pourrait confier une partie du traitement effectué dans le laboratoire d'Amira et dans le mien à un technicien, et celui-ci ferait le travail à votre place. Mais nous sommes tous impliqués. C’est puissant, car nos étudiants diplômés et même certains étudiants de premier cycle acquièrent ici une expérience pratique de la technologie de pointe. Cette expérience sera très enrichissante pour eux au début de leur carrière. »