Une équipe d’étudiants de l’université Cornell vient de présenter le premier haut-parleur entièrement fabriqué à partir d’une imprimante 3D. En utilisant divers types d’encres conductrices, ils ont créé l’ensemble des pièces, y compris la bobine et l’aimant. Un avant-goût de la manière dont certains produits de grande consommation seront fabriqués dans le futur ? Explications avec Apoorva Kiran, l’un des responsables de ce projet, qui a répondu aux questions de Futura-Sciences.

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    L'impression 3D ne cesse de progresser et d'offrir des possibilités de plus en plus étendues. Pour ne citer que quelques exemples récents, on peut évoquer la fabrication de pièces en métal, la réplique d'une vertèbre de dinosaure ou encore la création d'un exosquelette à bas coût. L'impression 3D est en passe de se démocratiser, comme le montre la décision de La Poste de proposer ce service à ses clients.

    On peut désormais ajouter à cette liste (non exhaustive) la première impression 3D d'un haut-parleur. Une prouesse technique qui a été réalisée aux États-Unis à l'université Cornell (État de New York). Le haut-parleur, qui est totalement fonctionnel, a été réalisé avec des encres plastiqueplastique, conductrice et magnétique. Deux étudiants en ingénierie mécanique, Apoorva Kiran et Robert MacCurdy, ont eu l'initiative de ce projet supervisé par le professeur Hod Lipson, un spécialiste de l'impression 3D. Il est à l'origine du concept d'imprimante 3D Fab@Home, dont les plans et le logiciel sont entièrement open source, à l'instar de ce que propose le projet RepRap.


    Cette vidéo tournée par les étudiants de l’université Cornell illustre le processus de fabrication du haut-parleur à l’aide d’une imprimante 3D. Le travail a commencé par l’impression du châssis en plastique, puis, à l’intérieur de celui-ci, l’encre à nanoparticules d’argent est déposée pour former la bobine. Vient ensuite le tour de l’aimant, fabriqué à partir d’une encre contenant de la ferrite de strontium. Le tout est ensuite passé dans un four à basse température (moins de 100 °C) afin de solidifier les composants. © Cornell Creative Machines Lab, YouTube

    « Le haut-parleur est probablement l'un des produits de grande consommation les plus répandus, et pourtant son design est très simple », explique Apoorva Kiran. Tous les éléments du haut-parleur ont été imprimés en 3D : la membrane, la bobine, l'aimantaimant et le saladier (châssis). « Nous avons utilisé trois types d'encres différentes. Tout d'abord, une encre à base de plastique pour le châssis, puis une encre conductrice composée de nanoparticules d'argentargent, et enfin une encre magnétique pour l'aimant », poursuit l'étudiant. « Il s'agit d'une preuve de concept, dans la mesure où ces matériaux peuvent servir à imprimer d'autres appareils électromécaniques tels que des moteurs, des solénoïdessolénoïdes, etc. »

    Plusieurs défis pour imprimer un haut-parleur

    Si l'impression des pièces en plastique n'a pas posé de problème particulier, l'équipe a dû relever plusieurs défis techniques pour les encres conductrice et magnétique. Car il fallait à la fois qu'elles aient les propriétés voulues tout en étant capables de se solidifier à une température inférieure à 100 °C. L'encre à nanoparticules d'argent, récemment utilisée pour créer des circuits électriques, a servi à fabriquer la bobine. L'aimant, quant à lui, a été imprimé à partir d'une encre faite de ferrite de strontiumstrontium et d'un polymèrepolymère. Dans les deux cas, la composition des encres a été pensée pour que les pièces puissent adhérer au châssis en plastique. Apoorva Kiran ajoute que cette chimiechimie de haute précision doit satisfaire à des règles de sécurité strictes en matièrematière de toxicitétoxicité, afin de pouvoir être employée sans danger par le grand public.

    Il faut compter entre 2,5 et 3 heures pour imprimer un haut-parleur de taille moyenne. Selon notre interlocuteur, le coût de fabrication (hors achat de l'imprimante) est de 8 dollars (5,80 euros), soit 2 dollars pour le châssis en plastique, 3 dollars pour la bobine et 3 dollars pour l'aimant. Imprimer soi-même les haut-parleurs de sa chaîne stéréo pour moins de 15 euros : on se prend à rêver... Toutefois, comme le précise bien Apoorva Kiran, nous sommes encore très loin d'une qualité dite audiophile.

    « Le premier haut-parleur que nous avons imprimé produit du son, mais la qualité n'est pas du niveau d'un modèle du commerce. La valeur efficace est basse, et la réponse en fréquences n'est pas aussi linéaire que nous l'aimerions. Ces problèmes peuvent être partiellement corrigés en améliorant le design, et je pense que nous parviendrons à améliorer la fidélité sonore lors de prochains essais. » Le jeune étudiant compte également sur l'enthousiasme de la communauté des makers pour s'emparer du concept et le perfectionner. « J'espère que notre technologie va motiver les hackers et les amateurs d'impression 3D qui aiment bricoler et les aidera à trouver le "bon" design. Nous pensons que si nous partageons les plans sur Internet, la culture de l'innovation ouverte fera émerger un design de haut-parleur audio adapté. »