Impression 3D silicone

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Les silicones sont des polymères organosiliciés dont la découverte remonte au début du XXᵉ siècle. Des travaux pionniers portant sur les composés du silicium sont réalisés par le chimiste britannique Frederic Stanley Kipping, qui étudie les polymères de silicium et introduit le terme silicone dans la littérature scientifique vers la fin des années 1800 et au début des années 1900. Ces travaux constituent une base fondamentale pour le développement ultérieur des matériaux silicones modernes, en particulier dans les domaines du caoutchouc synthétique et des lubrifiants à base de silicone.

Au milieu du XX^e siècle, l’industrie des silicones se développe rapidement, avec notamment l’invention en 1934 d’un procédé pour obtenir de la silice pyrogénée et le rôle déterminant de chimistes tels que James Franklin Hyde dans la mise au point des premiers silicones industriels. Ces innovations conduisent à l’émergence d’une industrie des élastomères silicones pour des applications variées, comme l’isolation, les joints d’étanchéité ou les dispositifs médicaux.

Parallèlement, la fabrication additive ou impression 3D est développée à partir des années 1980 comme une nouvelle famille de procédés permettant de créer des objets couche par couche à partir de modèles numériques. Ces technologies trouvent rapidement des applications dans le prototypage rapide et, progressivement, dans la production directe de pièces finales, avec des matériaux variés tels que les thermoplastiques, les métaux ou les céramiques.^[1]

L’intérêt de l’impression 3D réside dans sa capacité à produire des géométries complexes sans outillage spécifique, à réduire les déchets de matière et à permettre une personnalisation aisée des pièces. Ce paradigme s’avère pertinent pour des matériaux techniques comme les silicones, dont les propriétés élastomériques sont difficiles à obtenir par des procédés soustractifs ou des moulages traditionnels.

L’idée d’imprimer du silicone en 3D remonte aux années 2010, mais les défis techniques liés à la viscosité élevée et au contrôle du durcissement du matériau ont freiné les premiers développements. Au fil du temps, des avancées ont été réalisées, notamment grâce à de nouvelles formulations de silicones et à des procédés d’impression 3D adaptés^[2]. Une revue publiée en 2018 décrit notamment que, depuis le début des années 2010, plusieurs approches expérimentales ont été explorées pour imprimer des structures en silicone à l’aide de techniques telles que la stéréolithographie modifiée ou l’extrusion directe (Direct Ink Writing)^[3].

Sur le plan industriel, des annonces publiques de systèmes permettant l’impression de pièces en silicone apparaissent à partir de 2016, avec des technologies de dépôt contrôlé de silicone liquide suivies d’une réticulation couche par couche. Bien que ces initiatives ne soient pas toujours présentées dans des publications scientifiques à comité de lecture, elles sont citées dans des revues spécialisées comme marquant une étape importante dans l’intégration des silicones dans l’impression 3D^[4].

En 2025, l’impression 3D de silicone est exploitée industriellement dans certains secteurs comme le médical ou l’automobile^[5].

L’impression 3D de silicone repose sur la transformation contrôlée d’un silicone liquide ou pâteux en une pièce élastomérique solide par un procédé de fabrication additive couche par couche^[6]. La réaction chimique qui a lieu lors de cette transformation est appelée réticulation et est irréversible : le silicone une fois réticulé ne peut plus réexister sous forme liquide^[7].

L'activation de la réaction peut se faire de différentes manières selon la catalyse et le type d'élastomère de silicone utilisé.

• Réaction à température ambiante : sans stimuli extérieur, elle démarre pendant l'impression et se termine au bout de quelques minutes à heures.
• Réaction activée par la chaleur : l'élévation de la température (>80°C) permet d'amorcer la réaction. Elle peut se faire par chauffage pendant l'impression 3D de la pièce ou en post-traitement une fois la pièce terminée^[8].
• Photoactivation : activation de la réticulation par réaction des photoinitiateurs grâce à la lumière UV (photopolymérisation)^[9],[10].

Plusieurs procédés peuvent être éligibles pour imprimer du silicone en 3D.

• Extrusion de matière (MEX) : il s'agit de la famille de procédés qui comprend le FFF ou FDM pour les filaments thermoplastiques par exemple. Le principe est le suivant : un matériau à l'état liquide est extrudé via une buse qui construit l'objet cordon après cordon, couche après couche^[11].
• Photopolymérisation (VPP) : cette famille regroupe tous les procédés pour lesquel un photopolymère liquide présent dans une cuve est durci de manière sélective par polymérisation activée par la lumière. L'objet est construit couche après couche^[12].
• Projection de matériau (MJT) : des micro-gouttelettes de matière sont projetées sur un plateau d'impression, goutte après goutte, couche après couche^[13],[14].

Des travaux de recherche publiés en 2018 par F. Liravi et al. décrit la possibilité d'hybrider ces technologies ensemble pour obtenir un compromis entre résolution de surface et productivité^[15].

Les objets imprimés en silicone trouvent des applications dans plusieurs domaines^[16].

Dans le domaine médical, cette technologie est utilisée pour la fabrication d’implants souples, de prothèses, d’orthèses et de simulateurs chirurgicaux personnalisés^[17]. Plusieurs hôpitaux et centres de recherche, exploitent ces procédés pour produire des dispositifs de simulation médicale sur mesure.

Dans l’industrie, l’impression 3D de silicone est employée pour la production de joints, d’amortisseurs, de pièces d’étanchéité et de composants techniques destinés à résister à la chaleur, aux produits chimiques et aux contraintes mécaniques. Ce type de fabrication est également utilisé pour la création de pièces sur mesure et pour le prototypage fonctionnel dans des environnements industriels^[18].

La Robotique molle constitue un autre champ d’application important^[19]. Les silicones imprimés en 3D permettent la conception d’actionneurs pneumatiques et de structures flexibles inspirées du vivant, capables de se déformer sans dommage et de reproduire des mouvements naturels. Ces structures sont couramment utilisées dans la recherche en robotique bio-inspirée^[20].

Dans le domaine de la recherche et du développement, l’impression 3D de silicone est utilisée pour la microfluidique, le biomimétisme et le prototypage de dispositifs expérimentaux. Le procédé permet d’explorer de nouvelles formulations de silicones et de tester des géométries complexes avec une grande précision^[21].

Enfin, dans la maintenance et la production, cette technologie facilite la fabrication de pièces de remplacement personnalisées et la rétro-conception d’éléments obsolètes. Elle contribue à prolonger la durée de vie des équipements industriels en permettant une production rapide et localisée.