Qu’est-ce que c’est ?

L’impression 4D repose sur les mêmes techniques que celles utilisées dans l’impression 3D, mais y ajoute une quatrième dimension : le temps. Certains auteurs considèrent que cette quatrième dimension relève de l’intelligence, car le concept d’impression 4D repose largement sur l’utilisation de matériaux dits intelligents. En effet, l’impression 4D se base principalement sur l’emploi de matériaux intelligents ou réactifs, capables de modifier leur forme, leur fonction ou leurs propriétés au fil du temps, en réponse à des stimuli. Ces stimuli peuvent être de nature physique ou chimique, tels que l’eau, l’humidité, les variations de température, le pH ou encore la lumière.

Éléments fondamentaux

Plus généralement, le concept d’impression 4D est synthétisé dans la littérature autour de cinq éléments fondamentaux : le processus de fabrication additive (AM), les stimuli, les matériaux réactifs, la modélisation mathématique et le mécanisme d’interaction.

Le processus de fabrication additive (AM) est la méthode utilisée pour créer le composant physique nécessaire aux matériaux intelligents et réactifs, permettant ainsi leur interaction avec des stimuli pour changer de comportement ou de forme. Les stimuli sont les éléments déclencheurs capables d’activer des transformations dans les matériaux réactifs. Les matériaux réactifs sont des matériaux capables de modifier leur forme, leur comportement ou leur fonction en réponse à des stimuli externes. La modélisation mathématique correspond au design de structures aptes à changer de forme, intégrant diverses informations, telles que le type de transformation, les zones de déformation et la durée de l’effet. Enfin, le mécanisme d’interaction consiste à programmer la déformation du matériau en une forme temporaire pour répondre à des besoins spécifiques. 

Types de changement de forme

Les changements de forme des matériaux intelligents en réponse à des stimuli constituent un aspect central de la technologie de l’impression 4D. Ces transformations, généralement simples, permettent de conférer différentes formes et fonctions aux éléments imprimés en 4D. Par ailleurs, il est essentiel de programmer et d’intégrer deux matériaux intelligents ou plus au sein d’un même élément, tout en contrôlant la séquence de leurs transformations, afin de créer une structure unique capable d’adopter diverses configurations (Pei & Loh, 2018). Parmi les matériaux intelligents particulièrement adaptés à ces applications, le polymère à mémoire de forme se distingue grâce à sa légèreté, son coût abordable et sa grande flexibilité, qui lui permettent de changer et d’adopter différentes formes avec facilité.

Potentiels d’utilisation dans la construction

À l’instar de ses applications prometteuses dans les domaines médical, aérospatial et de la robotique, la technologie émergente de l’impression 4D offre un potentiel important dans le secteur de la construction et des infrastructures. Toutefois, cette technologie reste relativement récente et encore peu explorée dans de nombreux secteurs, notamment celui de la construction. Néanmoins, plusieurs recherches et études s’intéressent à l’utilisation des matériaux intelligents et réactifs pour relever les défis spécifiques de ce domaine.