Analyse du procédé et des paramètres de fabrication par écriture-direct assistée par lumière ultraviolet pour des applications d'emmagasinage d'énergie mécanique

Les applications technologiques dans le domaine des micro et nano technologies évoluent rapidement et imposent des exigences sévères pour l'emmagasinage de l'énergie nécessaire à leur fonctionnement pendant de longues périodes de temps dans une variété d'environnements. Les piles chimiques sont la solution privilégiée en raison de leur facilité d'utilisation et leur grande capacité de stockage. Des appareils d'emmagasinage d'énergie mécanique (e.g., les ressorts mécaniques) offrent par contre une meilleure résistance aux températures extrêmes, plus de cycles de charge avant la défaillance, une libération plus rapide de l'énergie et moins de fuites de l'énergie emmagasinée. Les développements au niveau des matériaux avancés et des nanotechnologies ont mené à des matériaux avec une rigidité qui dépasse de loin celle des matériaux conventionnels et pourraient rivaliser avec les appareils chimiques au niveau de l'énergie spécifique (énergie par unité de masse). Ici, nous avons utilisé la procédure de fabrication par écriture directe assistée par rayonnement ultraviolet (FED-UV) pour fabriquer différentes configurations de ressorts tridimensionnels (3D) avec des diamètres de filaments autour de 100 μm. En réduisant la taille des filaments, les structures fabriquées peuvent être plus compactes et avoir une densité d'énergie (énergie par unité de volume) plus importante. Cette procédure implique l'extrusion en forme libre d'une structure de filaments en 3D, polymérisée par exposition immédiate à la lumière UV. Des géométries hélicoïdales et spirales à forme carrée et deux modes de chargement (tension et torsion) ont été analysés lors de cette étude. Un mappage des rapports structure-procédé a été déterminé par la fabrication de multiples structures en faisant varier les principaux paramètres du procédé. Les combinaisons de paramètres menant aux structures désirées ont été déterminées.