L’impression 3D de verre

Contrairement à une idée populaire totalement fausse, l’impression 3D ne se limite pas qu’au plastique et à la création de petits porte clefs que l’on retrouve dans la corbeille de l’entrée. Cette technologie permet en effet d’utiliser plus de 200 matériaux en passant du plastique à la céramique, à condition d’utiliser une imprimante adaptée. Nous allons aujourd’hui aborder le cas du verre.

L’origine : le soufflage du verre

Qui ne s’est pas déjà retrouvé hypnotisé en pleine nuit par un documentaire montrant des images de cet art ancestral ? Né au Moyen Orient, le soufflage de verre est apparu au Ier siècle avant J.-C. et a permis une réelle explosion de la production verrière à l’époque. Les artisans adeptes de cette technique en ont tout de suite saisi le potentiel qui, en utilisant les propriétés de la pâte de verre, permet de rendre la matière souple et d’envisager des possibilités d’étirement. Cette façon de travailler la matière permet de créer des formes totalement uniques à l’époque, surtout que cette technique vient remplacer des méthodes de moulage et de coulage plus restrictives, notamment en terme de quantité produite. Auparavant réservé aux élites, ce procédé permettra une exécution plus rapide du travail et d’ainsi diffuser plus largement les objets en verre soufflé au sein de la société. Armé de sa canne, le “souffleur” cueille dans le four que l’on appelle creuset une masse de verre en fusion (environ 1300°), qu’il régularisera sur une surface plate en marbre. Ensuite, d’un court souffle, le souffleur fait naître une bulle due à la dilatation de l’air au contact du verre chaud au bout de la canne. En adoptant par la suite un souffle continu, il donne le volume souhaité pour l’objet qu’il est entrain de créer. Passé les étapes de centrifugeage afin d’élargir l’objet, un travail de régularisation de la masse et de refroidissement lent de la pièce (afin d’éviter tout choc thermique qui fragiliserait le verre), le souffleur crée ensuite le décor et les motifs en mélangeant les teintes et en tirant la matière avec une pince.

Au tour de l’impression 3D

2015, nous sommes bien loin de l’avènement de la soufflerie de verre, métier passé au rang d’art rare et d’exception. C’est cette même année que Mediated Matter, une équipe de designers et scientifiques du MIT, s’est mis en quête d’inventer la première machine capable d’imprimer du verre en 3D : la G3DP (Glass 3D Printing). C’est un véritable pari de retrouver la qualité et la finesse que peut apporter la technique traditionnelle du travail du verre, et ce n’est pas sans s’en être inspiré que cette imprimante y arrive. Combinant techniques de pointe et techniques plus traditionnelles, le fonctionnement de la machine s’appuie sur un procédé courant dans l’univers de l‘impression 3D : le FDM (dépôt de matière fondu), qui constitue à extruder et superposer des couches de matières en fusion. Pour cela, un four pouvant atteindre une température de plus de 1000° est installé dans la partie haute de l’imprimante. Une fois le verre fondu, il est orienté vers la partie basse afin d’être extrudé à l’aide d’une buse composée d’Alumine-Zircone-Silice, un alliage capable de supporter de très hautes températures. Le fichier STL contenant la modélisation 3D de l’objet indique ensuite à la machine les mouvements à réaliser pour obtenir la forme souhaitée.

Cette initiative totalement innovante en a inspiré plus d’un. Ainsi des ingénieurs de l’école Polytechnique de Milan ont récemment dévoilé Atropos, un bras robotique à 6 axes capable d’imprimer en 3D des composites de fibre de verre. Regroupés au sein du fablab de leur école, les jeunes ingénieurs se sont inspirés de la nature pour obtenir cette fibre de verre puisque Atropos imite la façon dont les araignées et les vers à soie tissent leur toile ou cocon. Le bras robotique commence par imprimer un plastique thermodurcissable, puis intègre la fibre de verre à l’impression. « Ces caractéristiques, en plus de la facilité qu’on a aujourd’hui à redimensionner un objet, font de cette technologie quelque chose d’unique qui ouvre le champ des possibilités et qui crée de nouveaux scénarios de production », nous explique l’équipe du fablab.

Enfin, l’impression 3D et la fibre de verre sont également réunis par l’entreprise Ukrainienne PassivDom, qui utilise ce matériau pour construire des murs de maisons.. imprimés en 3D. En huit heures, les bases de la maison sont imprimés par un robot à 7 axes, du jamais vu. Ensuite, des employés installent le système électrique et la plomberie ainsi que la porte et les fenêtres du logis. Les murs ont une épaisseur de 20 centimètres et la fibre de verre vient compléter un assemblage de résine, de fibre de carbone, de fibres de basalte et du polyuréthane.

Pour le moment, l’impression 3D de verre n’en est qu’à ses balbutiements. Cette technologie coûte chère, elle ne constitue donc pas une solution pour l’industrie à grande échelle, pour le moment ! Effectivement, ce procédé permet la réalisation de formes très complexes et ce en un temps record. En dehors de la complexité des formes, l’impression 3D de verre présente une qualité de finition qu’on ne lui pensait pas, capable de rivaliser avec des pièces fabriquées de manière traditionnelles, même si un travail de post traitement et de polissage est bien sûr recommandé. En outre, un autre point clé de cette performance reste que l’imprimante 3D soit en mesure de gérer la température pour que le verre fondu ne refroidisse pas trop vite.

Equipement de laboratoire, pièces de collection unique, vitre de maison personnalisées etc; l’impression 3D nous laisse imaginer un nombre incalculable d’applications à ce nouveau processus. Manipuler ainsi le verre est prometteur, car une fois peaufinée, cette technologie pourrait être utilisée dans de nombreux domaines tels que la médecine, l’architecture, l’aéronautique ou encore l’art.