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Projet ISITE BFC : Impression 4D et matériaux artificiels

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Actuellement en plein essor et considéré avec l’intelligence artificielle comme un des principaux piliers de l’industrie du futur, le domaine de l’impression 3D se retrouve actuellement au cœur de différents enjeux industriels. C’est donc dans ce contexte que l’impression 4D suscite des attentes importantes autour du thème de la matière programmable et de ses applications. En Bourgogne Franche-Comté (BFC), de nombreuses activités ont émergé visant des innovations radicales en impression 4D, technologie associant procédés de fabrication additive et matériaux artificiels actifs (ou intelligents).

Afin de favoriser cette émergence, le Projet ISITE 4D-META coordonné en local par Alexandre Bouhelier, Directeur de Recherches CNRS et responsable de la plateforme technologique ARCEN Carnot, vise a déployer les outils de la technologie d’impression 4D (matériaux programmables) pour réalisation de matériaux artificiels (méta-matériaux) au niveau régional. Ce projet interdisciplinaire implique des chercheurs de Besançon (dept MN2S-FEMTO-ST), de l'UTBM (dept COMM-ICB) et de Dijon (Dept Photonique-ICB). 

L’impression 4D « modèle BFC »

L’impression 4D « modèle BFC » se définit comme une fabrication multi-échelle, essentiellement additive, avec pour vision la mise en place de matériaux artificiels rendus actifs sous stimulation énergétique externe. En plaçant l’impression 4D comme un objet-frontière impliquant la convergence d’actions, cet axe interdisciplinaire convoquant de nombreuses disciplines disponibles sur le territoire régional favorise l’émergence de nouveaux paradigmes de matériaux intelligents pour des applications porteuses de l’industrie du futur. 

Ainsi, trois volets de recherche ont été identifiés ayant comme fil directeur le développement d’approches d’impression 4D de structures multi-échelles et multi-matériaux actifs sollicitant des physiques diverses.

L’impression 4D pour et par le développement du lab-on-fiber

Extension des domaines d’application actuellement couverts de l’impression 4D vers de nouveaux horizons : la photonique programmable. L’objectif est de bénéficier de règles de conception additive et de combinaison de matériaux pour l’optique pour réaliser un ensemble de fonctions programmables et transformables de détection et de transduction intégrées sur fibre (concept de “lab-on-fiber”).

L’impression 4D pour les métamatériaux thermiques

Exploration des matériaux agencés composites (métamatériaux) pour le contrôle des flux thermiques aux petites échelles (<10-6 m). La thermo-phononique, une technologie en plein essor, repose sur l’ingénierie locale de la conductivité thermique entre des matériaux à fort contraste ; le déploiement des outils de la 4D apporte la possibilité de reconfigurer ces dispositifs.

Impression 4D métal-polymère

Élévation de l’impression 4D à l’échelle technologique et industrielle, en considérant en particulier des matériaux métalliques et céramiques couplés à des polymères. Les questions de capacités d’impression multi-matériaux seront également posées pour réaliser des objets et des structures actifs avec des performances mécaniques proches des exigences industrielles attendues. Cette opération permettra d’articuler les équipements (actuellement distribués au sein des plateformes de la région BFC) mais également de faire converger les expertises sur le thème de l’impression 4D métal-polymère.

Pour atteindre ces objectifs, le département PMDM à Dijon apportera son expertise concernant les procédés de frittage/compactage/assemblage de la plateforme FLAIR et de son EQUIPEX associé (CALHIPSO). D’autres départements de FEMTO-ST pourront s’associer à la démarche (DMA). Des applications industrielles de type joint d'étanchéité pour Pile à Combustible SOFC, ou tout autre application à définir, où l'impression 4D métal ou hybride pourrait apporter des solutions pertinentes.

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