Un stagiaire de l'Université de Waterloo contribue à réaliser le potentiel de l'impression 3D tomographique

 

- Ottawa, Ontario

L'impression 3D tomographique est une technologie révolutionnaire qui utilise la lumière pour créer des objets tridimensionnels. Un projecteur envoie de la lumière sur un récipient en rotation contenant une résine photodurcissable et en quelques secondes, la forme désirée se matérialise dans le récipient. Le signal lumineux projeté pour solidifier spécifiquement certaines régions de la résine polymère est calculé à l'aide de concepts relevant de l'imagerie tomographique. La démonstration initiale de cette technologie a été effectuée par des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley et des Laboratoires nationaux Lawrence Livermore en 2019, ainsi que par un groupe suisse de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) en 2020. Elle est beaucoup plus rapide que l'impression 3D traditionnelle par couches, permet d'imprimer autour d'un objet et ne nécessite aucune structure porteuse.

La technique est spectaculaire, mais peut s'avérer salissante pour la paillasse du laboratoire. La forme circulaire du récipient fait qu'il réfracte la lumière comme une lentille. Pour compenser cette réfraction, les experts utilisent un bain rempli d'un fluide dont l'indice est adapté pour former une surface plane guidant correctement la lumière. Le récipient de résine doit être plongé brièvement dans ce bain avant chaque utilisation, ce qui occasionne des dégâts.

De nouvelles équations et un nouveau code viennent simplifier la technique

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Ces dégâts peuvent maintenant être chose du passé grâce à Kayley Ting, étudiante de l'Université de Waterloo. Travaillant au Conseil national de recherches Canada (CNRC) depuis 2020 pour y effectuer son stage travail-études en présence virtuelle, Kayley Ting vise un baccalauréat en science appliquée (B.Sc.A.) dans le domaine de l'ingénierie biomédicale. Son stage lui a permis de collaborer avec des experts en visionique et en impression 3D des centres de recherche Technologies numériques et Technologies de sécurité et de rupture.

Ensemble, ils sont parvenus à mettre au point la correction numérique des distorsions optiques engendrées par le récipient. De nouvelles équations sont ainsi utilisées pour compenser la réfraction introduite par la forme sphérique du récipient et éviter d'avoir recours à une cuve de liquide visqueux tout en préservant la capacité de produire quasiment instantanément des formes précises en polymère à l'aide de la lumière.

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La figure a représente une mesure de la hauteur de l'objet imprimé de la figure b. Les figures b (forme simple) et c (forme complexe) montrent des objets imprimés à l'aide du nouveau procédé. La figure d est le lapin de la figure c, peint en bleu de manière à faire ressortir son relief en accentuant les ombres.

L'équipe a également mis au point un nouveau code de pilotage de l'imprimante qui permet son utilisation par des non-experts et la production d'objets complexes. Ils ont récemment publié leur nouvelle méthode et les résultats connexes dans Optics Express, une revue scientifique d'accès libre, et montré quelques-unes des formes impressionnantes qu'ils ont obtenues avec cette technique.

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La figure a représente une mesure de la hauteur de l'objet imprimé de la figure b. Les figures b (forme simple) et c (forme complexe) montrent des objets imprimés à l'aide du nouveau procédé. La figure d est le lapin de la figure c, peint en bleu de manière à faire ressortir son relief en accentuant les ombres.

 

Un stage en présence virtuelle, mais des progrès bien réels

À cause de la pandémie de la COVID-19, Kayley n'a pu accéder au laboratoire d'Ottawa où les objets sont imprimés. Mais cela ne l'a pas empêchée d'innover à distance. Pour pouvoir imprimer des objets complexes tels que le lapin à partir de fichiers STL, Kayley a écrit le code qui importe le fichier décrivant l'objet en 3D, le découpe en tranches et convertit les tranches 2D obtenues en images qui seront projetées sur le récipient. Cette étape nécessite des calculs numériques intenses.

« Si le traitement d'un fichier d'impression prenait auparavant environ une heure, le code mis au point par Kayley permet une exécution en moins d'une minute »

Antony Orth
L'agent de recherches de Technologies numériques qui supervise Kayley

Les progrès réalisés grâce aux travaux de Kayley durant son stage en présence virtuelle au CNRC auront des retombées pratiques dans l'avenir.

« Kayley a également construit une interface utilisateur conviviale, avec des boutons et menus, qui permet à toute personne d'utiliser l'imprimante sans connaître nécessairement les techniques de programmation. C'est une avancée importante pour nous, puisque cette interface rendra la technologie beaucoup facile d'utilisation au CNRC et partout où l'on s'intéresse à l'impression 3D tomographique »

Chantal Paquet
Agente de recherches de Technologies de sécurité et de rupture

Les possibilités de stages étudiants au CNRC

Chaque année, le CNRC accueille plus de 300 étudiants stagiaires qui viennent travailler aux côtés d'éminents experts. Les étudiants apportent des idées fraîches et du sang neuf qui dynamisent les projets. Ils aident ainsi les experts du CNRC à faire avancer la recherche de pointe tout en bénéficiant de la supervision, des conseils, de l'expérience et du mentorat de ces derniers ainsi que de l'accès à des infrastructures scientifiques sur des sites industriels. Cette formule aide les étudiants à atteindre plus rapidement leurs objectifs scientifiques et professionnels dans un environnement solidaire.

« Durant mon stage, j'ai pu appliquer plusieurs concepts de physique, de math et d'informatique et sentir que je pouvais contribuer de manière tangible à un projet visant diverses applications concrètes, explique Kayley. Je suis vraiment très reconnaissante d'avoir eu cette chance de collaborer et de bénéficier du mentorat des chercheurs chevronnés du CNRC. »

Kayley prévoit obtenir son baccalauréat en ingénierie biomédicale en 2023 et espère s'engager ensuite dans des études de troisième cycle en techniques de simulation ou en robotique médicale.

« C'est un très bel exemple de la manière dont nos étudiants, tout autant que les employeurs tels que le CNRC, bénéficient de notre programme de stages, conclut Mary Wells, la doyenne de la faculté de génie de l'Université de Waterloo. Je suis fière du travail accompli alternativement en salle de classe et à l'extérieur par des étudiants talentueux comme Kayley, dans le cadre de leur cursus académique. »

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