Ben Fisher1 - Applications & Sales Engineer
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La fabrication additive (AM) est un domaine en pleine expansion depuis une décennie, mais au cours des cinq dernières années, le nombre de processus utilisant la méthode de frittage sélectif par laser (SLS) a considérablement augmenté. Cela s'explique en partie par l'expiration des brevets concernant cette technologie, qui ont expiré en 2014, ce qui a entraîné une prolifération de nouvelles sociétés et de nouveaux systèmes SLS sur le marché, afin de répondre aux tendances croissantes en matière de fabrication rentable et de prototypage rapide. Le développement des capacités de fabrication de matériaux hétérogènes a également contribué à cette tendance. Alors que de nombreux secteurs du marché tels que l'aérospatiale, l'automobile et les produits de consommation ont tiré parti de l'essor de cette technologie AM, le secteur de la santé semble particulièrement bien adapté aux systèmes SLS basés sur le laser CO2 pour avoir un impact. Il convient également de noter qu’en raison du coût d’un grand nombre de systèmes commerciaux disponibles, les chercheurs utilisant cette technologie ont préféré utiliser les Open SLS, ce qui oblige ces groupes à acheter leur source laser CO2 séparément du reste du système.
Le frittage laser sélectif utilise une couche de petites particules de plastique, de verre ou de céramique et un laser pour fusionner ces billes en couches de matériau solide, formant ainsi des objets tridimensionnels. Cette approche AM convient mieux à la fabrication en quantité d'objets en petites et moyennes dimensions, car chaque couche de poudre ne peut être utilisée qu'une seule fois, dans la plupart des cas, il est donc essentiel de maximiser la surface de couche utilisée pour faire de cette méthode un choix économique pour le client.
Fig 1 : Configurations optiques pendant le traitement LS
La Figure 1 décrit un schéma des configurations optiques pendant le traitement SLS. Lorsqu'un faisceau laser frappe un matériau polymère, trois effets peuvent en principe se produire. Outre l'absorption de l'énergie, une réflexion et une transmission (diffuse) sont également possibles (Fig. 1a). Dans le cas de l'absorption d'énergie, une capacité suffisante du matériau à absorber le rayonnement de la longueur d'onde laser (CO2 Laser: 9-11μm) est nécessaire. Cela est évident pour la plupart des polymères car ils sont constitués de composés aliphatiques (C-H) qui absorbent bien à 10,591 µm. Ces polymères ont, dans la plupart des cas, des vibrations de groupe dans la région infrarouge, suffisantes pour absorber les parties pertinentes du rayonnement laser CO2 à 10,6 µm. Cependant, Access Laser, pense qu’en fournissant une adaptation optique de haute qualité avec des matériaux non standard, il existe un marché de niche pour les chercheurs utilisant cette technologie pour développer de nouveaux dispositifs médicaux in vivo.
Le SLS a traditionnellement été utilisé avec des matières plastiques (nylon12, PA11, PA12), présentant les avantages de la conception / construction précise de fonctions tout en présentant des structures poreuses. Faire de ce processus un candidat idéal pour une utilisation pour la fourniture de médicaments ou en tant que matériaux biodégradables / biorésorbables pour une utilisation dans les soins de santé, par exemple, pour le moment les stents pédiatriques ne peuvent en particulier être métalliques, car les artères sont en croissance. Bon nombre de ces matériaux biorésorbables envisagés pour le SLS sont déjà utilisés comme mécanismes d'administration du médicament contrôlés dans le temps. Les caractéristiques de l'ablation dépendent de la longueur d'onde du laser, de la durée de l'impulsion et de l'intensité du pic, ainsi que des propriétés optiques et thermiques du matériau. Il a été démontré que les effets de l'irradiation laser de solides organiques peuvent être divisés en deux catégories principales: l'excitation vibratoire aux longueurs d'ondes IR et la fragmentation dans la plage spectrale UV.
Fig 2 : Spectres de transmission, de réflectance et d'absorption de feuilles de poly (L-lactide et et de poly (L-lactide-co-glycolide) d'épaisseur de 250 µm
Fig 3 : Exemple de stent vasculaire fabriqué par micro-usinage au laser CO2: (a) le stent entier avec une échelle métrique, (b) et (c) le grossissement de zones sélectionnées des montants du stent
Les lasers CO2 sont des outils puissants et efficaces pour couper des feuilles de poly (L-lactide-co-glycolide) et de poly (L-lactide) [PGLA et PLLA respectivement]. Après optimisation des paramètres laser, on obtient des caractéristiques lisses et étroites d'une feuille de polymère de 250 µm d'épaisseur, comme illustré à la figure 3. Cette technique pourrait être appliquée à la fabrication de stents vasculaires à base de polymère biorésorbable. Comme les éléments produits avec un laser CO2 ont de meilleures propriétés mécaniques que ceux fabriqués avec un laser excimer. Le laser AL50-WC est un excellent candidat pour cette application et, avec les accessoires Access Laser standards, il est possible de l'adapter aux normes et aux exigences spécifiques des équipes de recherche.