La fabrication additive nécessite une conception de l'objet souhaité assistée par ordinateur. Il en résultera un fichier numérique qui pilotera une "tête d'impression" c'est-à-dire un système permettant un dépôt de matière fondue, ou bien un système chauffant qui entraînera la fusion du matériau ou qui régira l'agrégation des grains d'une poudre, aux endroits souhaitables pour édifier le volume recherché.

- La matière pourra être fondue et se solidifier par abaissement de la température :

· La technique FDM (Fused Deposition Modeling) ou FFF (Fused Filament Fabrication), consiste à déposer en couches successives à des endroits prévus par un plan en 3 dimensions, une matière fondue provenant d'un filament (2 à 3 mm d'épaisseur) de plastique chauffé à haute température ; la matière fondue est extrudée via une buse sous forme d'un fil liquide de quelques dixièmes de mm de diamètre.

FFF

Chaque buse ne délivre qu'un type de matériau.

Souvent on commence par déposer sur le plateau, un support provisoire, destiné à recevoir le matériau dit modèle (celui dont sera fait l'objet) ; ce support très ajouré pour en diminuer la masse, sera enlevé (soit mécaniquement soit par dissolution dans un solvant) une fois l'objet terminé.

Il est parfois nécessaire que le plateau recevant la matière fondue soit chauffant (quelques dizaines de degrés) pour éviter que le matériau fondu ne se rétracte en refroidissant trop rapidement.

· On peut partir d'une poudre ; un laser balaye des couches successives et les fait fondre ; la solidification intervenant aussitôt le balayage du laser terminé pour une couche. Cette méthode est dite SLM (Selective Laser Melting)

· Même technique mais la fusion intervient sous l'effet d'un faisceau d'électrons ; c'est la méthode EBM (Electron Beam Melting).

- La matière pourra être frittée, c'est-à-dire que les grains d'une poudre vont s'agglomérer sous l'effet d'une élévation de température qui les amène au-delà du point de transition vitreuse, mais sans fusion. L'élévation de température se faisant grâce à un laser la méthode est dite SLS (Selective Laser Sintering)

- La matière pourra être polymérisée sous l'effet d'un rayonnement (photopolymérisation, photoréticulation) pour durcir aux endroits qui s'imposent :

· Il pourra s'agir de la photoréticulation d'un liquide sous l'effet d'un laser ; c'est la méthode SLA (StereoLithography Apparatus)

· Ou bien la photoréticulation d'une poudre sous l'effet d'un rayonnement UV.

- Remarque : Les supports de soutien ou de structure lors d'impressions 3D

On a vu dans la méthode FDM qu'un support était nécessaire pour recevoir l'objet.

Il en est de même pour certaines pièces qui ne sont pas imprimées à l'horizontale, mais inclinées ; il faut alors un support destiné à soutenir l'objet en fabrication :

SUPPORT

Ces supports de soutien peuvent être réalisés avec le même matériau que l'objet fabriqué ; auquel cas il faut ensuite les détruire mécaniquement.

Ces soutiens peuvent être réalisés dans un matériau soluble et supprimés par dissolution après la réalisation de l'objet.

3) Matériaux mis en œuvre lors d'une fabrication additive :

3-1) Le PLA ou Polylactide

Le polymère a pour motif :

PLAPOLYM

Plus de détails dans l'annexe1 .

Il est très utilisé sous forme de fils en bobines pour l'impression par dépôt de matière fondue par le procédé FDM ou FFF.

Il fond entre 160°C et 220°C et ne nécessite pas de plateau chauffant pour être imprimé.

Il est biodégradable et peut être mis en contact avec la nourriture. Un inconvénient cependant, il se déforme dès 50°C et est thermoplastique ; il est également sensible à l'eau.

3-2) L'ABS ou Poly (Acrylonitrile, Butadiène, Styrène)

Il s'agit d'un poly (Acrylonitrile, Styrène) ou SAN

SAN

greffé sur du polybutadiène (voir annexe 2).

Transparent comme le polystyrène, comparable au SAN mais plus résistant au choc et plus souple, l'ABS est un produit de choix pour les imprimantes 3D.

Il fond vers 200 ou 250°C.

Il est très utilisé sous forme de fils en bobines pour l'impression par dépôt de matière fondue par le procédé FDM ou FFF ; un plateau chauffant est nécessaire pour éviter la rétractation au refroidissement.

Il est aussi utilisé sous forme de polymère liquide dans le procédé SLA.

Il est également utilisé dans l’industrie automobile (calandre, tableau de bord), dans l’équipement ménager (corps d’aspirateurs), pour faire des jeux de construction (Lego).

Remarque :

On peut améliorer les propriétés mécaniques de l'ABS en le renforçant au Kevlar (voir annexe 3) ; le retrait du polymère au refroidissement est diminué ; les couches superposées ont moins tendance à se décoller.

3-3) Le PET ou Polyéthylène téréphtalate

L' acide téréphtalique et le glycol conduisent à un polymère, le poly(téréphtalate d'éthylène glycol) ou PET.

PET12

C'est un plastique amorphe c'est-à-dire que les chaînes de polymère ne sont pas ordonnées.

Les applications de ce polymère sont nombreuses : textile (Tergal®), feuilles d’emballage conservant l’arôme (café), bouteilles de boissons gazeuses.

Il est plus résistant que l'ABS, remarquablement flexible et ne nécessite pas de plateau chauffant dans l'impression par dépôt de matière fondue par le procédé FDM ou FFF ; on l'utilise sous forme de fils en bobines et doit être chauffé vers 220°C.

3-4) Le PA ou Polyamide

- PA 6-6

L' acide adipique

HOOC-(CH₂)₄-COOH

et l' hexaméthylènediamine
H₂N-(CH₂)₆-NH₂
condensés à 270°C et 10 atm donnent un polymère :

le PA 6-6 dont le motif (entre crochets dans la formule ci-dessus) est :

- HN-(CH₂)₆-NH-OC-(CH₂)₄-CO-
Cette structure rappelle celle de la kératine des poils (laine) et celle de la fibroïne de la soie. On peut faire des fils de nylon® remarquablement tenaces (comparable à l'acier), résistants à l’usure, au froissement, qui prennent la teinture pour réaliser des tissus.
La résistance au frottement et au choc permet d’en faire des pièces mécaniques (engrenages).

En fabrication additive, on l'utilise surtout en poudre, en méthode SLS (agglomération des couches sous rayon laser) ; il est aussi utilisé en fils que l'on conditionne en bobines pour l'impression par dépôt de matière fondue par le procédé FDM ou FFF et il faut le chauffer entre 235 et 260°C ; un plateau chauffant (80°C à 100°C) est parfois nécessaire.

- PA 6

A partir du caprolactame (ϵ-caprolactame)

synthétisé par transposition de Beckmann de l'oxime de la cyclohexanone :

BECKMANN2

on peut obtenir le polyamide 6 par ouverture du cycle à 215°C :

Ce polyamide comme le précédent est surtout utilisé en poudre en méthode SLS.

Par frittage sélectif par laser (SLS) on peut aussi traiter une combinaisons entre polyamide et aluminium en poudre appelée alumide.

PA6-6 ou PA6 peuvent être alliés à de la fibre de verre et utilisés comme matériaux de renfort pour les pièces imprimées 3D.

- PA 11

Par polymérisation de l'acide 11-amino-undécanoïque,

H₂N-(CH₂)₁₀-COOH

ACIDEAMINOUNDECANOIQUE

provenant de l’huile de ricin, on fabrique le polyundécanamide 11 (ou polyamide11)

RILSAN

dont le point de fusion est aux environs de 184°C et dont on fait un textile, le Rilsan ®.

Ce polyamide est plus souple et moins hygroscopique que les PA 6-6 et PA 6.

- PA 12

Par polymérisation de l'acide w-aminolaurique

H₂N-(CH₂)₁₁-COOH

on fabrique le polydodécanamide 12 (ou polyamide 12)

Sa température de fusion aux environs de 178-180°C est la plus basse des polyamides déjà cités. Ses propriétés se rapprochent du PA 11.

Remarque :

Sa synthèse peut se faire aussi à partir du laurolactame, par ouverture de cycle.

3-5) Le PP ou Polypropylène

Le propène ou propylène peut se polymériser

POLYPROPENE

en donnant un polymère thermoplastique semi-cristallin très couramment utilisé ; il ressemble au polyéthylène haute densité ; il trouve de nombreuses applications notamment dans le secteur automobile (moulage des pare-chocs, tableaux de bord, réservoirs, cuves d’accumulateurs). On en fait aussi un tissu (Méraklon) servant dans les vêtements de protection à usage professionnel.

Dans le secteur d'impression 3D il se rapproche du comportement des filaments en polyamides, présentant une certaine souplesse et une résistance à la torsion ; il est plus facile à imprimer que les polyamides, nécessitant une extrusion à 220°C et un plateau chauffant aux environs de 100°C.

3-6) Le HIPS ou High Impact Polystyrène

Le vinylbenzène est

encore appelé styrène (voir annexe 2). Sa polymérisation

conduit au polystyrène qui se décline sous différentes formes dont les plus connues sont le polystyrène cristal un homopolymère transparent, dur et cassant ou le polystyrène expansé aux qualités isolantes (thermiques) remarquables et capable d'absorber des chocs (emballages).
Le HIPS encore appelé PS "choc" utilisé en fabrication additive est constitué d'une phase polystyrène dans laquelle sont noyés des nodules de polybutadiène (voir annexe 2) qui sont capables d'absorber une partie de l'énergie d'un choc éventuel.

Il possède une excellente stabilité dimensionnelle, est facile à peindre ou à coller ; il est blanc transparent et peut être utilisé pour recevoir de la nourriture.

Il est proche de l'ABS mais il s'en distingue parce qu'il est plus lisse que ce dernier et parce qu'il se dissout dans le limonène.

LIMONENE

La température de mise en œuvre du HIPS est d'environ 235°C avec un plateau chauffant entre 90 et 110°C.

3-7) Le PC ou Polycarbonate :

Le chlorure de carbonyle (COCl₂) avec un diphénol (le bisphénol A) conduit à un polymère transparent, résistant aux chocs et à la chaleur.

Ce même polymère (le poly(carbonate de bisphénol A)) peut aussi s'obtenir en faisant réagir le bisphénol A sur le carbonate de diphényle selon l'équation :

POLYME4

Ce matériau résiste cependant assez mal à l'action des UV et à l'action de l'eau.

En fabrication additive, on met ce matériau en œuvre dans la technique du dépôt par fil fondu (FDM ou FFF).

Il doit être chauffé entre 260°C et 290°C.

On produit ainsi par impression, des CD ou des DVD, mais aussi des casques de moto ainsi que des prothèses médicales.

3-8) Le PEEK ou Polyétheréthercétone (voir annexe 5)

Polymère appartenant à la famille des PAEK(Polyaryléthercétones).

C'est un thermoplastique semi-cristallin (une phase cristalline et une phase amorphe) ultra résistant capable de remplacer les composants métalliques en orthopédie et en traumatologie ; on l'utilise aussi pour réaliser des implants dentaires.

Si le polymère est suffisamment cristallin il est de couleur grise ; S'il est amorphe il est brun foncé.

On l'utilise seul ou en association avec les fibres de carbone au sein d'un matériau composite (Il sert de matrice, les fibres de carbone jouant le rôle de renfort).

En fabrication additive il nécessite des extrudeurs haute température (au moins 350°C) et un lit d'impression chauffant à 120°C environ.

C'est un matériau relativement coûteux.

3-9) Le PEI ou Polyétherimide

C'est le poly(bisphénol A-co-anhydride phtalique –co- 1,3-phénylènediamine) (voir annexe 7)

C'est un polymère thermoplastique amorphe résistant bien à la chaleur.

Sa mise en œuvre en fabrication additive nécessite de le chauffer à 180°C.

3-10) Le PMMA ou Polyméthacrylate de méthyle

On obtient facilement un produit très transparent.
C’est un verre organique (plexiglas); pour cette raison, on l’utilise en optique (verre de lunettes, lentilles de contact rigides, cristallins artificiels).

Il est utilisé en impression 3D pour obtenir des pièces translucides voire transparentes. Ce matériau a une bonne résistance à la lumière et aux UV.

Il faut chauffer à 230°C à 250°C avec plateau chauffant à 60°C minimum.

3-11) Le PPSF (ou PPSU) ou Polyphénylsulfone (voir annexe 6)

Polymère thermoplastique amorphe, très résistant aux chocs à la chaleur et aux agents chimiques ; grande stabilité dimensionnelle et bonne résistance aux UV, aux rayons X et même aux rayons g .

Sa mise en oeuvre en fabrication additive nécessite des températures de 360 à 390°C pour l'extrudeuse et de 140°C à 160°C pour le plateau chauffant.

3-12) Les matériaux utilisés pour les supports de soutien ou de structure :

- Le PVA (alcool polyvinylique)

Le motif

pourrait faire penser à la polymérisation de l'alcool vinylique

CH₂=CH-OH

mais celui-ci n'est pas isolable ; il s'isomérise en éthanal par équilibre céto-énolique (tautomérie)

On obtient ce polymère par hydrolyse de l'acétate de polyvinyle en milieu basique

Le PVA est utilisé comme matériau de support lorsque la pièce confectionnée est en PLA (cette association est dictée par les températures de fusion voisines des deux matériaux ; la température de mise en œuvre du PVA est d'environ 190 à 200°C et nécessite un plateau chauffant vers 60 à 70°C).

Il est soluble dans l'eau chaude et c'est donc par dissolution qu'on l'élimine à la fin de l'opération.

PVA3

- Le HIPS dont il a été question plus haut est également utilisé comme matériau de soutien et comme support pour les objets fabriqués en ABS ou en PET. C'est par dissolution dans le limonène dans lequel il est soluble qu'on l'enlèvera à la fin de la fabrication.

- Le Kapton

n'est pas utilisé comme matériau de soutien ou de structure ; il permet d'avoir une très bonne accroche de la première couche lorsqu'on imprime avec du PLA ou de l'ABS.

C'est un polyimide (voir annexe 4) qui se présente en film et que l'on place en bandes sur le plateau de l'imprimante et que l'on chauffe vers 60°C pour le PLA et aux alentours de 110°C pour l' ABS.

3-13) Les cires :

L'impression 3D à la cire est surtout mise en œuvre pour créer des moules, par la technique dite de la fonte à la cire perdue, qui serviront à fabriquer des pièces dentaires ou des pièces de joaillerie.

Le principe est le suivant :

On crée un modèle en cire de l'objet qu'on souhaite fabriquer en superposant des couches fines de cire fondue et en utilisant un dispositif semblable à celui décrit plus haut pour la méthode sélective de frittage au laser (SLS) c'est-à-dire un piston qui descend peu à peu.

On entoure ensuite l'objet en cire d'un revêtement réfractaire qui épouse sa forme (par exemple du plâtre). On fait fondre la cire en la chauffant et on l'élimine ce qui crée un espace vide ayant exactement la forme de l'objet à fabriquer. On fait couler ensuite du métal fondu à l'intérieur du moule réfractaire ainsi obtenu. Après refroidissement on brise le moule et on obtient l'objet métallique.

Les cires utilisées sont diverses ; ce sont souvent des mélanges afin d'obtenir les caractéristiques souhaitées pour les applications auxquelles on les destine.

Parmi les matériaux utilisés on peut citer :

- Des cires minérales Lors de la distillation des pétroles bruts on obtient dans une zone de température s'étalant entre 400°C et 500°C une coupe correspondant aux paraffines et aux cires.

Les cires dites minérales parce qu'elles sont issues de la terre et non d'une substance vivante (c'est cette distinction qui a longtemps prévalu pour définir les substances organiques "celles issues d'organismes vivants") sont constituées d'hydrocarbures saturés dont le nombre de carbones se situe entre 18 et 40 (voire même 50 ou 60).

Les cires ont des chaînes longues et ramifiées ce qui leur confère une structure microcristalline. Il en résulte une substance molle, blanche, non translucide dont la température de fusion est supérieure à 70°C.

- Des paraffines qui sont aussi issues des pétroles comme nous venons de le dire ; ce sont des hydrocarbures à chaînes linéaires (non ramifiées) ce qui leur confère une structure macrocristalline. Il en résulte un solide blanc, translucide, rigide et qui se casse facilement, dont le point de fusion est assez bas (entre 50 et 70°C).

- La cire de Carnauba.

Cette cire, dont le code alimentaire est E903, dont la densité est 0,97 et qui est pratiquement insoluble dans l'eau et dans l'éthanol, provient de Copernicia cerifera (nom commun Copernicia prunifera) un palmier haut de 10 à 12m ; ses larges feuilles vertes en éventail sont enduites de cette cire que l'on appelle aussi cire du Brésil car ces arbres poussent bien dans le nord-est du pays. On en tire environ 7 kg par palmier.

Elle représente environ 60% des cires végétales utilisées dans l'industrie et provient presqu'exclusivement du Brésil.

C'est un solide dur et fragile présentant une cassure résineuse, de couleur brun clair à jaune pâle. Dans le commerce elle se présente en poudre ou en paillettes

La cire de carnauba résiste un peu mieux à la chaleur que la cire d'abeille ; elle fond vers 85°C.

Elle est formée d'un mélange d'esters comprenant :

· des esters gras (acides gras en C₂₄ à C₂₈ estérifiant des alcools gras allant de C₃₀ à C₃₄).

· des esters formés à partir d'acides β-hydroxylés (C₂₂ à C₂₈) et de diols (C₂₄ à C₃₄).

· des esters formés à partir d'acide p.méthoxycinnamique et de diols (C₂₄ à C₃₄).

On trouve aussi mais en minorité, des acides et des alcools libres ainsi que des hydrocarbures.

- La Cire de Jojoba

Elle provient de Simmondsia chinensis un arbuste originaire des déserts de l'Arizona et du nord-ouest du Mexique.

C'est un liquide à aspect huileux, assez visqueux, légèrement jaunâtre, inodore, obtenu par pression des graines.

Elle renferme environ 97% d'esters céridiques insaturés formés à partir (voir annexe 8) :

- d'acides monoinsaturés

Ø gadoléique (70%)

Ø érucique (15%)

Ø oléique (10%)

- d'alcools monoinsaturés en C₂₀ ou C₂₂

Ø eicosénol

Ø docosénol

La cire de jojoba est essentiellement utilisée en cosmétique pour les soins de la peau (savons, crèmes hydratantes, écrans solaires), mais aussi des cheveux (shampooings).

- La Cire de Candelilla

Les tiges et les feuilles d'une plante poussant au nord-est du Mexique et au sud du Texas (Euphorbia cerifera ou Euphorbia antisyphilitica) en sont enduites ; on la recueille en traitant la plante par de l'eau chaude acidulée à l'acide sulfurique.

C'est un solide dur (mais moins que la cire de carnauba), de densité se situant entre 0,95 et 0,99, de couleur jaune brun plus ou moins, translucide, dont le point de fusion se situe vers 70°C. Elle est insoluble dans l'eau, très peu soluble dans l'éthanol, soluble dans l'acétone, le benzène, les essences et les huiles.

La cire de candelilla est composée :

- à 50% environ d'alcanes linéaires à longue chaîne (C₂₉ à C₃₃) dont le nombre de carbones est impair.

- à 20% environ d'esters d'acides gras et d'alcools gras (C₂₈ à C₃₄).

- d'acides gras libres,

- d'alcools gras libres,

- de stérols,

- de résines.

Elle est utilisée dans les produits cosmétiques et en particulier les rouges à lèvres ; en effet cette cire est dure mais elle peut se mélanger à la cire liquide de jojoba, ce qui permet d'obtenir la consistance souhaitée. En cosmétique, encore, on l'utilise dans des sticks permettant de limiter la déshydratation des lèvres par exemple ; elle est en effet relativement imperméable, sa fonction première étant de limiter l'évaporation de l'eau de la plante, où on la trouve, qui pousse dans des contrées quasi désertiques.

La cire de candelilla est aussi utilisée dans la fabrication de bougies (d'où son nom, en espagnol) et de lubrifiants, de produits d'entretien du cuir, de produits permettant l'imperméabilisation des papiers.

C'est un additif alimentaire dont le code est E902, utilisé comme agent d'enrobage (confiserie, chewing-gums…).

- La Cire de son de riz

Le riz (Oriza sativa) est contenu dans une enveloppe non comestible ; une deuxième enveloppe très fine l'entoure on l'appelle le son de riz.

On peut extraire, par solvant, de l'huile du son de riz, accompagnée de cire qu'on peut elle-même extraire.

La cire de son de riz est un solide jaune orangé, sans odeur qui fond vers 78°C.

Elle est essentiellement composée d'esters d'acides gras et d'alcools gras.

Elle est utilisée dans les produits cosmétiques, comme émollient, comme exfoliant, comme filmogène ou épaississant et comme durcisseur dans les rouges à lèvres.

C'est un additif alimentaire dont le code est E908, utilisé comme agent d'enrobage (confiserie, chewing-gums…).

Mais on la trouve aussi dans d'autres secteurs de l'industrie : produits pharmaceutiques, encres d'imprimerie, lubrifiants…

- La Cire d'abeille

La cire d'abeille est produite, à partir des glandes cirières situées sur la face ventrale de l'abdomen des ouvrières (la reine et les mâles n'en produisent pas), sous forme de fines écailles transparentes blanches. Cette cire mélangée à de la salive est ensuite malaxée par les mandibules, portée à une température d'environ 35°C et sert à la construction de cellules (ou alvéoles) qui ont la forme de prismes droits à base hexagonale de 5,4 mm de côté environ et 0,06 mm d'épaisseur pour Apis mellifera, cette forme parfaitement hexagonale des alvéoles n'étant pas le fait des abeilles ; elles construisent des cylindres, et les lois physiques qui régissent le comportement de cylindres groupés, formés d'une substance solide qui se ramollit à une certaine température (viscosité, tension superficielle …) font le reste. C'est dans ces cellules que sera déposé le miel, une autre couche de cire venant ensuite obturer les alvéoles.

C'est à partir du miel et des sucres que l'abeille synthétise la cire et non à partir du pollen.

La cire d'abeille est un solide initialement blanc mais qui se colore progressivement en brun sous l'effet des pigments de plusieurs substances dont le pollen ; cette cire fond vers 65°C et sa densité est 0,96 ; elle est insoluble dans l'eau, soluble dans l'éthanol à chaud, le chloroforme et le benzène.

La cire d'abeille est composée* :

- d'environ 71% d'esters dont 44% de monoesters (d'acide gras et d'alcool gras), 12% d'hydroxyesters, 14% de di et triesters et 1% d'esters de stérols.

- d'environ 15% d'hydrocarbures linéaires à longue chaîne,

- d'environ 13% d'acides libres

- d'environ 1% d'alcools libres

* source "Manuel des corps gras", technique et documentation Paris 1992, pages 297 et 306.

Pratiquement un quart de la cire d'abeille est du palmitate de myricyle C₁₅H₃₁-COO-C₃₀H₆₁ et on trouve également une quantité de l'ordre de 12% de cérotate de myricyle C₂₅H₅₁-COO-C₃₀H₆₁.

Elle est utilisée en cosmétique où son pouvoir filmogène est mis à profit dans les rouges à lèvres et les sticks déodorants, son pouvoir texturant dans les gloss et son pouvoir durcisseur dans les savons.

La cire d'abeille est aussi utilisée dans l'industrie pharmaceutique ; elle sert aussi à confectionner des bougies ; dans l'industrie alimentaire elle sert d'agent d'enrobage et c'est un additif alimentaire classé sous le code E 901 (agent de texture et de glaçage). Les encaustiques dits "naturels" en contiennent mélangée souvent à de la cire de carnauba.

4) Quelques fabrications particulières par impression 3D :

La technique de fabrication additive, permet, on l'a compris, de fabriquer de très nombreux objets (du casque de moto aux CD ou DVD, en passant par des bijoux ou des prothèses médicales….). C'est en particulier une technique de choix pour obtenir des prototypes.

Quelques applications sont cependant surprenantes et très intéressantes :

- C'est le cas de certains médicaments ; la Food and Drug Administration américaine, par exemple, a autorisé la fabrication d'un médicament, le Lévétiracétam, un anticonvulsivant de la famille des pyrrolidines.

LEVETIRACETAM

La fabrication par impression 3D permet d'adapter la forme des pilules et leur texture ce qui conditionne la vitesse de libération du principe actif et permet une plus facile absorption par des personnes ayant des problèmes de déglutition ; on peut aussi adapter les doses souhaitées ce qui ouvre des perspectives de personnalisation des médicaments.

- C'est aussi le cas des impressions alimentaires

Des compositions en chocolat par imprimante 3D ont vu le jour en 2012 ; cette technique permet des réalisations très fines et originales.

- La bio-impression permet de confectionner des tissus vivants en 3 dimensions à partir de cellules souches.

"La bio-impression est l’impression en deux dimensions (2D) ou trois dimensions (3D) de tissus biologiques vivants. C’est ce qui la distingue de ce que l’on nomme communément impression 3D où l’on imprime des matériaux. La bio-impression consiste donc à déposer, couche par couche, ou point par point, des cellules, des composants de la matrice extracellulaire (MEC), des facteurs de croissance et des biomatériaux grâce à une technologie d’impression pilotée par un ordinateur à partir d’un fichier numérique. Il s’agit donc d’un procédé de conception (CAO) et de fabrication (FAO) assisté par ordinateur, selon un mode de fabrication additif grâce au couplage de l’ordinateur et d’une imprimante."

(extrait du site médecine/sciences https://www.medecinesciences.org/en/articles/medsci/full_html/2017/01/medsci20173301p52/medsci20173301p52.html)

Auteurs de l'article "Impression 3D en médecine régénératrice et ingénierie tissulaire" :

Jean-christophe Fricain, Hugo De Oliveira, Raphaël Devillard, Jérôme Kalisky, Murielle Remy, Virginie Kériquel, Samien Le Nihounen, Agathe Grémare, Vera Guduric, Alexis Plaud, Nicolas L'Heureux, Joëlle Amédée et Sylvain Catros.

Annexe 1

Le polylactide (PLA)

PLAPOLYM

Le monomère est le lactide (ou 2,5-diméthyl-3,6-dioxo-1,4-dioxanne) :

obtenu par condensation de l'acide lactique

ALACTIQUE

lui-même obtenu par fermentation du D-glucose issu de l'amidon de maïs.

La polymérisation du lactide a lieu par ouverture du cycle (POC).

Il est dégradable sous l'effet d'enzymes excrétées par des microorganismes (bactéries, champignons, algues) par hydrolyse des fonctions esters.

Annexe 2

Acrylonitrile, Butadiène, Styrène

L'acrylonitrile

a été préparé pour la première fois par le chimiste français Charles Moureu (1863-1929) en 1893 par déshydratation de l'acrylamide par de l'anhydride phosphorique.

C'est une substance toxique.

Molécule constituant un monomère très réactif et qui se transforme facilement, en présence de radicaux libres en un polymère semi-cristallin le polyacrylonitrile qui permet de fabriquer la fibre textile Crylor.

Le butadiène (ou buta-1,3-diène)

Matière de choix pour la polymérisation dans la synthèse d'élastomères.

Polymère obtenu à partir du buta-1,3-diène par enchaînement 1,4 :

Cependant, seul, le polybutadiène n’est pas très intéressant, mais mélangé à du caoutchouc naturel, à du polyisoprène de synthèse il sert à faire des pneus très résistants pour gros engins.

On l'utilise aussi en copolymérisation

- avec le styrène :
styren
il donne le SBR (Styrène Butadiène Rubber) utilisé pour la fabrication des pneus de tourisme.

- avec l’acrylonitrile :

il donne le caoutchouc nitrile particulièrement résistant à l’essence et à l’huile (application: tuyaux d’essence).

Le styrène :

Le vinylbenzène

est encore appelé styrène.

Sa polymérisation

conduit à un polymère qui se prête très bien au moulage ; on en fait de nombreux objets moulés, généralement blancs (pots de yaourt).

Il se prête bien aussi à l’expansion ; on obtient le polystyrène expansé, aux qualités isolantes (thermiques) remarquables (glacières portatives) ; sert à la protection contre les chocs (emballage d’appareils fragiles).

Annexe 3 : Le Kevlar ®

Il fait partie d'une famille de polymères couramment appelés polyaramides ; ce sont des polyamides comportant des noyaux aromatiques.

Le kevlar est le plus connu de ces polyaramides ; il a été obtenu en 1973 (DuPont de Nemours) en condensant

- l'acide benzène-1,4-dicarboxylique (ou téréphtalique)

TEREPHTALIQUE

- et le p.phénylènediamine

On obtient

KEVLAR

Entre les chaînes de polymères existent de nombreuses liaisons hydrogène

LIAISONSHYDROGENES

qui lui confèrent une structure cristalline ce qui entraîne une grande rigidité, une résistance à la rupture particulièrement élevée, un faible allongement sous la contrainte (de 2,5 à 4%) et un fluage très faible (allongement irréversible à long terme de la fibre). Les résistances mécanique, à la chaleur, à l'étirement et au cisaillement de ce matériau sont supérieures à celles du nylon ; c'est aussi un très bon isolant électrique.

Il est très utilisé pour le matériel sportif (cadres de vélos, canoë-kayak, raquettes de tennis, patinage de vitesse, cordages ….) dans les équipements automobiles (pneumatiques), dans le domaine aéronautique (ailes d'avions) ; associé à d'autres fibres (verre ou carbone) on le trouve dans le domaine de la sécurité (gilets pare-balles)…….

Annexe 4 : Le kapton

Polyimide en film, développé par DuPont, remarquablement stable pour des températures allant de -251°C à 400°C. Couramment mis en œuvre en impression 3D car il adhère facilement aux polymères utilisés dans ce domaine.

Ses principales qualités :

- auto extinguible

- infusible

- pas de solvant organique connu

- bon pouvoir diélectrique

- très bonne tenue aux rayonnements.

Rappel de la fonction imide :

A l'anhydride d'un diacide, par exemple l'anhydride maléique :

ANHYDRIDEMALEIQUE

correspond l'imide :

IMIDE

Les polyimides résultent de la polycondensation d'un dianhydride de tétracide avec une diamine.

En prenant l'acide benzène 1,2,4,5- tétracarboxylique

TETRACIDE

et la 4,4'-oxydianiline

on obtient :

POLYIMIDES

Annexe 5 Obtention du PEEK

La polymérisation consiste à enchainer les motifs par formation de liaisons éther par substitution nucléophile. On l'obtient en faisant réagir de l'hydroquinone en présence de carbonate de potassium anhydre avec la 4,4'-difluorodiphénylcétone dans un solvant aprotique et apolaire la diphénylsulfone (DPS)

Annexe 6 Obtention du PPSF/PPSU

Ce polymère se prépare par condensation du 4,4'-bis(chlorophényl)sulfone avec par exemple le bisphénol A

Annexe 7 Obtention du PEI

Les molécules mises en jeu dans la synthèse du PEI sont

- Le bisphénol A

- L' anhydride phtalique

ANHPHTALIQUE

- La 1,3-phénylènediamine

Le chemin est le suivant :

PEI3

Remarque :

- Le passage par le dérivé nitré (en position 4) est nécessaire pour la fixation, par substitution nucléophile, du Bisphénol A sur le phtalimide substitué

- L'étape suivante consiste en un remplacement du groupe phtalimide substitué par le groupe anhydride phtalique.

Le schéma suivant est un moyen mnémotechnique utile pour retrouver la formule de ce polymère :

MNEMOPEI

Annexe 8

Les acides gras à l'origine de la cire de jojoba

- Acide gadoléique ou acide (Z)-eicos-11-ènoïque

- Acide érucique ou acide acide (Z)-docos-13-ènoïque

- Acide oléique

Les alcools gras à l'origine de la cire de jojoba

- Eicosénol (Eicos-11-èn-1-ol)

- Docosénol (Cis-Docos-13-èn-1-ol)