MICROSTRUCTURATION 3D ET BIOIMPRESSION
Résumé
Les technologies de fabrication additive (aussi appelées Impression 3D) constituent un nouveau paradigme pour la fabrication de microsystèmes intégrés. En effet, la possibilité de concevoir et d’imprimer des objets tridimensionnels, selon un schéma de fabrication directe et adaptée au prototypage rapide, a le potentiel de transformer les méthodes actuelles de production dans le domaine de la recherche et de l’industrie. Les domaines d’applications sont très vastes et multi-échelles : ils couvrent aussi bien les secteurs du bâtiment, de l’aéronautique, du biomédical (implants dentaires, prothèses, …) que la joaillerie.
Malgré leur potentiel, les méthodes d’impression utilisées à l’heure actuelles restent limitées par certains verrous technologiques liés notamment à la résolution (la limite des 50 µm reste difficile à franchir) et à la capacité de réaliser des impressions multimatériaux pour fabriquer des composants 3D hétérogènes intégrant par exemple des fonctionnalités électriques ou optiques.
Ces contraintes sont particulièrement importantes dans les domaines de la microélectronique, de l’optique intégrée, de la microfluidique, des dispositifs médicaux de détection, de l’ingénierie des tissus pour lesquelles les méthodes actuelles, bien qu’offrant une résolution nanométrique, restent incapables de structurer la matière dans la troisième dimension. Dans ces applications, la mise au point de méthodes et de procédés d’intégration et de structuration 3D de matériaux fonctionnels à des dimensions micrométriques est essentiel pour poursuivre les développements de R&D tant au niveau académique qu’au niveau industriel.
Parmi les nombreuses approches existantes dans le domaine de l’impression 3D, la stéréolithographie (basée sur un principe de photo-polymérisation assistée par laser) constitue une des techniques les plus prometteuses pour combler les limitations actuelles en termes de résolution. En effet, outre des améliorations logicielles importantes, la majorité des systèmes de stéréolithographie utilisés à l’heure actuelles restent limités par leur faible résolution planaire (la limite des 50 µm reste difficile à franchir) et une incapacité à réaliser des impressions multi-matériaux. C’est dans l’optique de lever ces verrous technologiques que la plateforme MultiFAB (partie intégrante du réseau RENATECH), financée par la région sur des fonds FEDER, a été créé.
La première partie de cet exposé sera dédié à la microstructuration 3D au travers d’exemples d’applications (microsystèmes, structures microfluidiques, supports de culture)1,2 réalisées avec un équipement DILASE 3D (Fig. 1 et 2), constituant l’état de l’art en terme de résolution (résolution fixe en x, y et z de 5 µm).
Une seconde partie traitera du développement de microenvironnements 3D de culture bio-inspirés reproduisant de façon contrôlée les spécificités de l’environnement naturel des cellules essentiel en biologie et en médecine. Dans ce contexte, le prototype de bioimprimante « LAMP » sera présenté. Ce dernier, breveté par le CNRS, permet d’atteindre une résolution de 30 µm. Il est également possible d’imprimer différents matériaux intégrés dans une même structure. Cet équipement a été spécialement développé pour permettre l’impression de matériaux hydrogels et de cellules vivantes dans le but de générer des modèles de microenvironnement de culture et de tissus.