Mieux imprimer grâce... au son

L'impression par jet d’encre présente de nombreux avantages : très grande précision (taille de la gouttelette jusqu'à 10 μm), dépôt sans contact avec le substratsubstrat et rapiditérapidité. Mais elle souffre d'un sérieux handicap. Elle est inutilisable lorsque le liquideliquide est trop visqueux. Si la viscositéviscosité dépasse environ 10 fois celle de l'eau, la seule gravitégravité est insuffisante pour faire tomber la gouttelette qui reste « coincée » dans la tête d'impression.

Et ce n'est pas rare. De nombreux liquides utilisés par les scientifiques dépassent largement ce seuil. Les solutions cellulaires, utilisées par exemple dans la fabrication de médicaments ou la bioimpression, sont au moins 100 fois plus visqueuses que l'eau. Certaines résines et biopolymères à base de sucresucre ont une viscosité égale à celle du miel, soit 25.000 fois celle de l'eau. Une seule goutte de poix met ainsi 10 ans à tomber ! Enfin, de nombreux liquides ont une viscosité très variable en fonction de la température ou dès que l'on modifie légèrement leur composition. La taille des gouttes peut alors varier fortement, ce qui altère la précision de l'impression. 

Des gouttes de miel, dont la viscosité est très élevée, sont détachées de la buse par des ondes acoustiques et déposées sur une plaque en verre. © Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Harvard University

Le son à la rescousse de la gravité 

Pour contourner tous ces problèmes, des chercheurs de l'université d'Harvard ont mis au point un nouveau procédé basé sur l'acoustophorétique, ou lévitation acoustique. Leur idée, publiée dans le journal Science Advances, consiste à utiliser les ondes acoustiques comme force supplémentaire à la gravité pour détacher la goutte de la buse, un peu comme on cueille des pommes sur un arbrearbre. Un émetteur génère des ultrasonsultrasons qui sont amplifiés dans un résonateur placé au niveau de la buse. La force de détachement peut ainsi atteindre 100 fois celle de la gravité normale. De plus, il est possible de fixer une taille de goutte spécifique en faisant varier l'amplitude des ondes sonores : plus celle-ci est élevée, plus la goutte sera petite. De la même façon, on peut modifier la trajectoire de la goutte en changeant la fréquence.

Miel, métal et collagène

Les chercheurs ont testé leur procédé avec plusieurs types d'encre. Ils ont par exemple « imprimé » un motif avec des gouttes de miel sur une plaque de chocolat blanc, dessiné une spirale sur une microlentille avec une résine adhésive ou encore fabriqué une structure en 3D avec du métalmétal liquide, en l'occurence un alliagealliage eutectiqueeutectique de galliumgallium et d'indiumindium. Comme les ondes acoustiquesondes acoustiques ne traversent pas l'encre (elles sont confinées dans le résonateur au niveau de la buse), le procédé n'altère pas les cellules ou les protéinesprotéines vivantes. Les chercheurs ont ainsi utilisé une solution de collagènecollagène pour imprimer sur un substrat cellulaire.

« Notre procédé permet de s'affranchir complètement des propriétés physiquesphysiques du liquide », se félicite Daniele Foresti, l'auteur principal de l'étude. « Cela ouvre la porteporte à un champ illimité d'applicationsapplications », se réjouit également Dan Finotello, le directeur du Materials Research Science and Engineering Centers (MRSEC) au NSF (National Science Foundation). L'industrie pharmaceutique, la bioimpression, la cosmétique, l'optique, l'alimentaire, la fabrication de circuits électroniques sont quelques-unes des opportunités commerciales envisageables. L'Université a d'ailleurs déjà déposé un brevet pour protéger son invention.