Qu’est-ce que le Direct Ink Writing (DIW) ?

Le Direct Ink Writing (DIW), parfois appelé Robocasting, est une technique de fabrication additive (impression 3D) qui se distingue par son utilisation de pâtes ou d’encres hautement visqueuses (d’où le terme « Ink » ou « Encre ») extrudées de manière très contrôlée. Il s’agit essentiellement d’une forme avancée d’extrusion de matériaux, mais conçue spécifiquement pour des substances qui ne sont pas des thermoplastiques classiques.

Le DIW est particulièrement utilisé dans les environnements de recherche, pour la fabrication de matériaux fonctionnels et l’ingénierie avancée, où la compatibilité avec des matériaux non conventionnels est essentielle.

Le processus du Direct Ink Writing est basé sur une extrusion mécanique précise de matière à travers une buse fine, mais la nature du matériau utilisé est la clé :

• L’Encre Visqueuse : Le DIW utilise des « encres » qui sont en réalité des pâtes chargées en particules (céramiques, métalliques, polymères, hydrogels, ou même des substances biologiques) qui présentent une propriété essentielle : la thixotropie.
• La Thixotropie : C’est la capacité d’un matériau à devenir liquide sous contrainte (au moment de l’extrusion hors de la buse) et à retrouver rapidement sa rigidité ou sa forme après la cessation de cette contrainte (une fois déposé sur le plateau). Cette propriété permet aux couches imprimées de maintenir leur forme sans s’affaisser ni nécessiter de supports complexes.
• Le Dépôt Précis : L’imprimante suit la trajectoire du fichier 3D et dépose le matériau ligne par ligne, couche par couche. La nature pâteuse de l’encre permet souvent de créer des structures avec un meilleur rapport hauteur/largeur et des géométries plus complexes que l’extrusion FDM classique.
• La Consolidation (Durcissement) : Après le dépôt, l’objet doit être consolidé. Pour les matériaux avancés :
  • Les pâtes céramiques ou métalliques nécessitent souvent un traitement thermique ultérieur (frittage) pour durcir la pièce finale.
  • Les polymères ou bioencres peuvent être durcis in situ par réticulation aux UV, par réaction chimique rapide entre deux composants, ou par évaporation d’un solvant.

Le Direct Ink Writing excelle là où les techniques FDM (à filament fondu) et SLA (à résine liquide) atteignent leurs limites :

• Diversité des Matériaux : C’est le principal atout. Le DIW est compatible avec une gamme quasi illimitée de matériaux, y compris les céramiques, les métaux (sous forme de poudres chargées), les hydrogels et les matériaux composites nanostructurés.
• Matériaux à Haute Teneur en Solides : La technique permet d’imprimer des pâtes contenant jusqu’à 90% en volume de particules solides, garantissant ainsi que la pièce finale ait les propriétés du matériau de base (céramique ou métal).
• Résolution et Précision : Le contrôle précis de la pression et du débit de l’encre permet de créer des microstructures et des objets très détaillés pour des applications en microélectronique ou en ingénierie tissulaire.
• Multi-Matériaux : Le DIW est une méthode de choix pour la fabrication de structures qui intègrent plusieurs matériaux différents au sein de la même pièce.

Le DIW n’est pas une technologie grand public ; il est fondamental dans la recherche et les industries de pointe :

• Électronique : Impression 3D de circuits conducteurs, de capteurs, d’électrodes ou de composants électroniques intégrés.
• Biomédical et Bio-impression : Utilisation d’hydrogels chargés de cellules (bioinks) pour créer des structures de soutien (échafaudages) pour l’ingénierie tissulaire ou pour des prototypes d’organes.
• Matériaux Avancés : Fabrication de pièces en céramique ou en métal avec des géométries internes complexes (structures poreuses, alvéolaires) pour les échangeurs de chaleur, les catalyseurs ou les matériaux légers.
• Impression 4D : Le DIW est souvent utilisé pour imprimer des polymères intelligents (hydrogels, polymères à mémoire de forme) qui changent de forme ou de fonction lorsqu’ils sont soumis à des stimuli externes (chaleur, eau, lumière).

Le Direct Ink Writing est donc un pont entre le laboratoire et la fabrication de matériaux fonctionnels de pointe, élargissant considérablement les possibilités de l’impression 3D au-delà des polymères classiques.