Regarder autrement l’impression 3D des hydrogels : de la rhéologie à la cartographie des contraintes

L’impression 3D d’hydrogels par extrusion directe (Direct Ink Writing, DIW) est généralement abordée à travers les propriétés rhéologiques intrinsèques de l’encre. Viscosité, rhéofluidification, contrainte seuil ou encore récupération après cisaillement sont ainsi utilisées pour anticiper son comportement et sa fidélité de forme. Pourtant, ces critères ne suffisent pas toujours à expliquer les déformations observées au cours de l’impression.

Dans une étude publiée dans Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, des chercheurs du Laboratoire Rhéologie et Procédés (LRP) proposent une nouvelle manière de regarder le procédé : plutôt que de considérer uniquement les propriétés du matériau, ils suivent les contraintes qu’il subit et transmet tout au long de son parcours, depuis l’écoulement dans la buse jusqu’à la stabilisation de la structure après dépôt.

Cette approche révèle un véritable chemin de contraintes. Dans la buse, le matériau est fortement sollicité par l’écoulement. À sa sortie, sa relaxation peut se manifester par un gonflement du filament (die swell) qui affecte la résolution, ou par des instabilités telles que le curling, qui perturbent son positionnement. Lors du dépôt, des forces de compression et de traction apparaissent et peuvent être transmises à la structure déjà construite. Enfin, après dépôt, la forme obtenue résulte de la compétition entre la résistance du matériau et les contraintes liées notamment à la capillarité et à la gravité.

Cette cartographie des contraintes déplace ainsi le regard porté sur l’imprimabilité : des seules propriétés rhéologiques de l’encre vers l’histoire mécanique vécue par le matériau pendant l’impression. Elle fournit un cadre physique pour mieux comprendre comment formulation et paramètres du procédé se combinent pour déterminer la fidélité de forme finale.