Le jet d'encre et la microfluidique
«La force de la HEIA-FR réside dans sa capacité à transformer les avancements de la recherche académique en innovations pour l’industrie et la société.» Après avoir obtenu un Master en mécanique des fluides à l'EPFZ, Gioele Balestra commence sa carrière de chercheur en effectuant un doctorat en microfluidique à l’EPFL. Motivé par la recherche appliquée, il rejoint l'institut iPrint en janvier 2019. «La recherche appliquée est un cercle vertueux. Nos projets permettent l’innovation, nécessaire pour soutenir l’industrie et donc notre société.»
Gioele Balestra est expert en microfluidique, cette science qui consiste en l'étude du comportement des fluides à l’échelle microscopique. «J'ai toujours aimé la dynamique des fluides, que je trouve fascinante par sa complexité et sa beauté.» C'est un peu par hasard que le chercheur découvre cette branche de la mécanique des fluides. Lors de ses études, il est amené à développer un micronageur en s’inspirant de la technique de nage des microorganismes. Ce projet inspiré par la nature l’a passionné et l’a mené vers cette discipline relativement nouvelle. Par le passé, la mécanique des fluides était principalement concentrée sur les écoulements à grande échelle.
«La technologie jet d'encre est gouvernée par les lois de la microfluidique et c’est d’ailleurs le premier champ d’application industriel de succès de cette discipline. Lors de l'impression, les encres coulent dans des microcanaux avant de former des gouttelettes de taille submillimétrique et d’atterrir sur un substrat. Tout ce qui me passionne est réuni en un seul endroit. Voilà pourquoi je suis arrivé à iPrint.» Le chercheur aime partager ses connaissances et sa passion avec les collaborateurs et les étudiants.
Au début de l'année 2019, Gioele Balestra rejoint iPrint en tant que collaborateur afin de développer de nouvelles technologies de dépose. En été 2020, il prend la tête de l’institut avec ses deux collègues Gilbert Gugler et Yoshinori Domae.
«Le jet d'encre n'est plus uniquement utilisé pour des impressions graphiques. Cette technologie permet également de fabriquer des objets 3D en imprimant gouttelette par gouttelette, couche par couche. C’est comme si on jouait au LEGO®.»
L'institut iPrint se focalise sur le développement et l’amélioration des technologies de dépose d’une part, et des processus de fabrication digitale d’autre part. «Nous appliquons cette technologie pour créer des produits dans les domaines les plus variés. Actuellement, les principaux champs d’application investigués à iPrint sont l’impression graphique, l’impression pour l’électronique, l’impression pour le biomédical ainsi que la fabrication avancée.» Les encres peuvent par exemple contenir des pigments colorés, des nanoparticules d’argent ou de cuivre, des particules de céramique, des cellules humaines, des protéines, ou encore des polymères. Le jet d’encre permet de les déposer pour donner forme à des images, des capteurs de pression, des panneaux solaires, des condensateurs, des implants dentaires, des tissus humains ou encore des prothèses. «Les champs d’application du jet d’encre n’ont pas de limites dès lors qu’il existe une encre compatible avec cette technologie», ajoute le chercheur.
La collaboration étroite avec l’industrie joue un rôle essentiel non seulement pour l’application des produits, mais aussi pour les équipements et les matériaux nécessaires à leur production. Il s’agit aussi de comprendre les besoins des partenaires, de s’assurer que la fabrication digitale par jet d’encre permet d’atteindre les objectifs fixés et de connaître les défis à relever pour améliorer cette technologie.
Actuellement, Gioele Balestra est entre autres occupé par le développement de nouvelles têtes d'impression pour déposer des encres plus visqueuses. Il poursuit également l'étude des effets aérodynamiques autour des têtes d'impression. «Les brassements d’air engendrés par une tête qui se déplace ont un impact direct sur la trajectoire des gouttelettes, ce qui peut compromettre la qualité de l'impression.»
«Nous sommes convaincus que le jet d'encre recèle un potentiel énorme dans le contexte de la fabrication digitale.» En le combinant à d'autres technologies de fabrication additive, la fabrication on demand et on site devient possible. «Contrairement aux méthodes de fabrication conventionnelle, cette nouvelle combinaison de technologies digitales limite la génération de déchets et permet la fabrication de produits personnalisés à un prix égal : la matière est en effet ajoutée uniquement au bon endroit et quand il le faut. Le stockage et le transport peuvent donc aussi être réduits.» Mais pour cela, le jet d'encre doit devenir encore plus fiable et permettre la dépose d’un plus grand nombre de matériaux. «C'est là que réside l'enjeu principal d'iPrint à l'avenir. Les sujets de recherche appliquée et d’innovation ne manquent pas.»
