Un treillis métallique imprimé en 3D est très léger, mais il coule dès qu’on le pose sur l’eau. Une équipe australienne, associée au Conservatoire national des arts et métiers (Cnam), vient de lever ce paradoxe avec une structure en titane qui flotte, même abîmée. Relayée cette semaine par la presse spécialisée de la fabrication additive, cette recherche montre surtout ce que l’impression 3D permet quand on joue sur l’intérieur des pièces, et pas seulement sur leur forme.
Pourquoi un treillis imprimé en 3D coule-t-il ?
Les treillis (ou lattices) sont l’un des grands atouts de la fabrication additive. Une imprimante métal peut produire des réseaux de petites poutres entrecroisées impossibles à usiner ou à mouler, qui gardent une bonne rigidité pour un poids très faible. Selon le communiqué de l’université RMIT, certains treillis métalliques ont une densité inférieure au dixième de celle de l’eau.
Sur le papier, ils devraient donc flotter sans difficulté. En pratique, c’est l’inverse : leurs cavités sont ouvertes et reliées entre elles, l’eau s’y engouffre et la pièce finit au fond. Le chercheur principal, Jordan Noronha, du Centre for Additive Manufacturing de RMIT à Melbourne, résume que cette limite rendait jusqu’ici ces structures inutilisables pour les infrastructures marines.
La solution : remplir les poutres, pas la pièce
L’idée de l’équipe est simple. Plutôt que de boucher toute la structure, ce qui ferait perdre son intérêt au treillis, les chercheurs ont imprimé un réseau de poutres en titane creuses. Ils ont ensuite rempli uniquement l’intérieur de ces poutres avec une mousse de polyuréthane.
L’eau continue de circuler librement entre les poutres, par toutes les ouvertures extérieures. Mais elle ne peut pas entrer dans les poutres elles-mêmes, car les minuscules cellules fermées de la mousse piègent du gaz et font barrière. La pièce reste donc ajourée, légère et perméable à l’eau, tout en restant à la surface.
Une nouvelle mesure : la « densité squelettique »
Pour prédire si une pièce de ce type va flotter, l’équipe propose une notion qu’elle appelle la densité squelettique. Elle ne compte que la matière étanche, c’est-à-dire les parois en titane et les canaux scellés par la mousse, et ignore les vides ouverts que les calculs de densité habituels intègrent. La règle énoncée par Jordan Noronha, rapportée par 3Dnatives, tient en une phrase : si cette densité est inférieure à celle du liquide, la structure flotte.
Pour un concepteur, c’est un outil pratique. Il permet de dimensionner les parois et le remplissage d’une pièce imprimée avant même de lancer une impression, au lieu de découvrir le problème dans un bac d’essai.
Ce que montrent les essais
Le point le plus marquant concerne la tolérance aux dégâts. D’après RMIT, la structure est restée à flot malgré des fissures, des ruptures aux points de jonction et même la casse d’une couche entière du treillis. Elle n’a coulé qu’une fois fortement écrasée et compactée. C’est logique : chaque poutre est son propre petit flotteur, et en perdre quelques-unes ne suffit pas à couler l’ensemble.
Les autres résultats annoncés par l’université sont les suivants. À densité globale égale, le treillis est 70 % plus résistant que l’acier inoxydable ou le polyéthylène haute densité utilisés en milieu marin. Après deux semaines dans l’eau de mer de la baie de Port Phillip, il n’a perdu que 0,15 % de sa masse, et sa résistance a baissé de moins de 1 %. D’autres échantillons ont flotté plus de deux mois en eau douce. Enfin, une bouée prototype imprimée en 3D est restée stable dans un bassin d’eau de mer incliné jusqu’à 45 degrés.
Des résultats encore à confirmer sur la durée
Il faut garder la mesure. Les essais en mer sont courts, quelques semaines tout au plus, et les chercheurs le disent eux-mêmes. La prochaine étape consiste à fabriquer des pièces plus grandes et à tester leur comportement sur le long terme, en conditions marines réelles et en eaux profondes. Le titane imprimé reste par ailleurs un matériau coûteux, et rien n’indique pour l’instant un calendrier industriel.
Quelles applications pour ce titane flottant ?
Les chercheurs visent d’abord les infrastructures marines : pontons, bouées et capteurs flottants, qui doivent résister à la corrosion, aux chocs et à l’usure sans couler au premier incident. Le titane résiste bien à l’eau de mer, et la structure en treillis limite la matière employée.
Le chef de projet, le professeur Ma Qian, ouvre aussi une piste plus large. En changeant le matériau placé à l’intérieur des poutres, on pourrait adapter une structure similaire à l’absorption d’énergie, à la gestion thermique ou au contrôle des vibrations. Autrement dit, le treillis imprimé devient une sorte de châssis dont on choisit le remplissage selon l’usage.
Un travail franco-australien
Le projet a été mené par le centre de fabrication additive de RMIT, en collaboration avec le Cnam en France, avec le soutien de l’Australian Research Council. Les résultats sont publiés dans la revue Advanced Materials, sous le titre « Breaking the surface: buoyant metal–polymer open–cell hybrid lattice metamaterials » (DOI 10.1002/adma.74641).
Ce qu’on peut en retenir côté atelier
On n’imprimera pas du titane flottant sur une machine de bureau demain. Mais le principe parle à tous ceux qui conçoivent des pièces : une pièce imprimée peut avoir plusieurs « couches » de fonction, avec une enveloppe qui porte les efforts et un cœur rempli pour une autre propriété. C’est la même logique qui guide déjà, à plus petite échelle, le choix du remplissage et des parois dans un trancheur FDM.
Cette recherche rappelle surtout que la fabrication additive ne sert pas qu’à copier des pièces existantes plus vite. Elle permet de créer des matériaux d’architecture, dont le comportement vient autant de la géométrie et du remplissage que de la matière elle-même.
