Alors que la fabrication additive a profondément modifié les procédés d’impression de pièces ou d’objets divers et variés via l’ajout ou l’agglomération de matière, une nouvelle révolution se prépare, mais cette fois-ci à l’échelle microscopique. La technologie de micro-impression 3D ouvre en effet la voie à la création de composants ou de structures volumiques aux dimensions comprises entre quelques dizaines à quelques centaines de microns. Des caractéristiques qui intéressent particulièrement des secteurs comme la biologie cellulaire, mais aussi la microfluidique et la microrobotique, avec la possibilité d’imprimer dans des canaux de 100 à 200 µm de diamètre des mélangeurs, des microvalves, des micromoteurs et des robots miniatures.

 

 

De fait, la micro-impression 3D n’est déjà plus de la science-fiction comme le prouve la société grenobloise Microlight3D, l’une des très rares entreprises au monde à maîtriser le procédé au niveau industriel. Deux ans après sa création en décembre 2016, la start-up a déjà vendu cinq machines à des laboratoires de recherche (commercialisées entre 100 000 et 200 000 euros selon les options) et la jeune pousse voit pointer une demande importante dans le domaine de la biologie cellulaire où les microstructures biocompatibles ainsi réalisées permettent de faire croître des cellules et donc de créer des tissus complexes en 3D (os, dents, peau, rétine, etc.).

 

« Ces machines sont pour l’heure généralistes mais nous avons aujourd’hui engagé des efforts de recherche et développement pour pouvoir offrir des machines adaptées à l’application visée avec l’ambition de gagner en productivité, indique Denis Barbier, cofondateur et dirigeant de Microlight3D. Cet axe stratégique, qui pourrait ouvrir des marchés industriels à la micro-impression 3D comme la micro-optique, les microcapteurs, la microfluidique, la microrobotique, la micromécanique ou les métamatériaux, nécessite des évolutions de notre technologie aussi bien sur le plan matériel qu’au niveau logiciel. »

 

Exemple de structures micro-imprimées (source : T.T. Chung et al. - Automatic large area micromanufacturing of microneedles for drug delivery)

 

D’un point de vue technique, les machines de la start-up utilisent la technologie de polymérisation à deux photons TPP (Two-Photon Polymerization) pour créer des structures 3D. Ce phénomène d’optique non linéaire se produit lorsque deux photons identiques en phase et en impulsion sont absorbés simultanément au sein d’un matériau liquide, photosensible et polymérisable.

 

« Ces photons sont envoyés par un laser pulsé avec des impulsions de très courte durée, d’environ 500 picosecondes, précise Denis Barbier. L’énergie est envoyée dans le matériau transparent sans interaction avec celui-ci… à l’exception du point focal où l’absorption des deux photons enclenche une réaction chimique au sein d’un très petit volume appelé voxel. En combinant adroitement l'optique et le matériau, le diamètre de ce voxel peut être inférieur à 0,1 µm ! » A cet endroit spécifique, il y a alors polymérisation et le matériau devient solide à l’intérieur du voxel. Guidée par un logiciel ad hoc, la machine Microlight (et donc le laser) déplace le voxel à l’intérieur du matériau pour créer une structure solide imprimée en 3D et ce avec une souplesse et une tolérance qui n’ont pas d’égales dans le domaine de la fabrication additive « classique ».

 

Selon MicroLight3D, il n’y a ici aucune limite dans les formes et il est possible de démarrer l’impression à n’importe quel endroit de la pièce à confectionner et de se déplacer dans tous les axes sans contraintes, le laser pouvant même traverser les parties déjà polymérisées. « Une large gamme de polymères peut être utilisée, comme des photopolymères, des matériaux biocompatibles, voire même des protéines et d'autres biomatériaux », précise encore le dirigeant de Microlight3D qui estime que la mise au point d’une machine de micro-impression 3D nécessite un savoir-faire qui se répartit à égalité entre le matériel (mise en forme du laser, interaction lumière-matériau…) et le logiciel. Elaboré par un outil de CAO classique, le plan de la pièce à réaliser doit en effet subir un traitement spécifique pour qu’il soit compréhensible par la machine.

 

 

Si c’est en juin 2017 que Microlight3D a vendu officiellement sa première machine de micro-impression 3D de qualité industrielle, il faut remonter au début des années 2000 pour retrouver l’origine de la technologie mise en œuvre par la start-up et plus particulièrement dans les travaux menés au laboratoire LiPhy de l’université Grenoble-Alpes par Patrice Baldeck et Michel Bouriau, cofondateur et aujourd’hui directeur technique de la start-up.

L’élaboration de la machine elle-même a bénéficié en 2015 et 2016 d’une phase de maturation avec le soutien de la SATT (Société d’accélération de transfert de technologies) Linksium.

 

Récompensée par le Grand Prix du concours i-Lab 2018 du ministère de la Recherche et de l’Innovation et implantée dans la pépinière Biopolis qui réunit une vingtaine de start-up de la filière biotech et medtech, Microlight3D est aujourd’hui constitué d’une équipe de cinq personnes qui devrait être renforcée cette année d’un ou deux spécialistes en modélisation 3D. « Nous sommes désormais lancés sur un projet de longue haleine qui doit nous amener d’ici trois à quatre ans à la mise au point de machines plus rapides aptes à répondre aux besoins de marchés industriels, confie Denis Barbier. Dans ce cadre, nous nous sommes engagés dans la recherche de fonds pour mener à bien nos travaux. »