Comment le « Y‑Zipper » met en évidence le potentiel de l’impression 3D

L’impression 3D, ou fabrication additive, est souvent présentée comme l’avenir de la fabrication. Et à bien des égards, elle l’est déjà, étant déployée pour des équipements avancés tels que des buses de fusée, des pièces de drones ou des implants médicaux sur mesure.

Ce qui rend l’impression 3D unique, c’est sa capacité à créer des formes complexes qui seraient très difficiles, voire impossibles, à produire avec des méthodes traditionnelles. En retour, cela ouvre des possibilités de conception entièrement nouvelles.

Ainsi, même si certaines formes traditionnelles de fabrication, comme le moulage ou l’usinage, resteront probablement présentes pour les pièces de base, l’impression 3D est de plus en plus utilisée pour explorer de nouvelles idées et revisiter des concepts qui avaient été abandonnés en raison de la complexité de fabrication.

Un exemple récent est le « Y‑zipper », un concept datant des années 1980, inventé par un professeur du MIT. Similaire dans ses principes de base à la fermeture éclair plate habituelle, le Y‑zipper est à trois côtés et peut adopter des formes beaucoup plus complexes.

Le brevet de plus de 40 ans a récemment été revisité par des chercheurs du MIT CSAIL (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory), de l’Université de Tianjin (Chine), de l’Université technique de Munich (Allemagne) et de l’Université Keio (Japon).

En utilisant la technologie d’impression 3D moderne, ils ont créé et testé plusieurs versions du Y‑zipper et ont exploré ses applications potentielles en médecine, en robotique et dans les biens de consommation. Ils ont publié leurs résultats à l’Association for Computing Machinery (ACM)¹, sous le titre « Y‑zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly ».

Fermeture éclair expliquée

Les fermetures éclair sont fabriquées en assemblant deux ensembles de dents en plastique ou en métal parfaitement identiques. Un mécanisme de verrouillage pousse les dents à l’angle exact nécessaire, puis peut inverser le mécanisme lorsqu’on le tire dans l’autre direction.

Il a en fait fallu près de 20 ans pour que le concept devienne un succès commercial. Cela s’explique par le fait que, pour être fiable et ne pas endommager le sac, les vêtements ou d’autres articles fermés par la fermeture éclair, il doit être fabriqué avec une précision extrême afin que chaque dent soit parfaite.

En conséquence, le marché actuel des fermetures éclair est dominé par une seule entreprise, YKK, une société japonaise qui a construit sa domination de ce marché grâce à la haute qualité et la fiabilité de ses fermetures éclair, soutenues par une intégration verticale totale.

Rigidité réglable

Une nouvelle classe de matériau cherche à ajouter aux propriétés inhérentes du matériau une flexibilité supplémentaire, par exemple passer du flexible au rigide, sans modifier la composition du matériau.

Ces transitions de matériau rigide à flexible sont une propriété parfois appelée rigidité réglable. De nombreuses méthodes ont été explorées pour obtenir ce résultat, notamment les structures gonflables, les mécanismes inspirés de l’origami et les assemblages à base de Velcro. Cependant, elles souffrent toutes de problèmes de durabilité, de facilité de fabrication ou de formes possibles limitées.

Une autre approche consiste à utiliser des fermetures éclair qui sont rigides lorsqu’elles sont fermées et flexibles lorsqu’elles sont ouvertes. Certaines options ont été développées, par exemple :

• StructCurves reconfigure les fermetures éclair en modules de type bloc pour augmenter la stabilité à l’état fermé,
• Touch-n-Curl introduit des topologies de fermeture éclair ramifiées pour stabiliser des surfaces complexes et courbées.

Cependant, les deux méthodes utilisent des géométries de dents complexes qui nécessitent un assemblage manuel pièce par pièce. Cela compromet finalement l’un des principaux avantages de la fermeture éclair : son fonctionnement rapide et réversible.

Une autre option, actuateurs zip‑chain, stocke une chaîne qui devient rigide lorsqu’elle est enfilée et verrouillée.

Ces conceptions offrent une extension rapide et réversible avec une forte rigidité axiale, mais nécessitent du matériel spécialisé et des tolérances, ne peuvent pas être adaptées automatiquement à différentes géométries, et ne sont pas imprimables en une seule pièce.

Ainsi, la méthode idéale consisterait à combiner la rapidité et la réversibilité traditionnelles d’une fermeture éclair ordinaire avec la rigidité réglable des actuateurs zip‑chain, ce que le Y‑zipper réalise enfin.

Concept du Y‑Zipper expliqué

Une invention de 40 ans remise à la vie

Le concept du Y‑zipper a été inventé par William Freeman, formant une forme triangulaire, où sur chaque côté il a cloué une sangle pour relier ensemble de fines « dents » en bois. Un curseur enroulé autour du dispositif pouvait être déplacé pour le redresser en un tube triangulaire.

À l’époque, le concept suscitait peu d’intérêt, mais Freeman a tout de même breveté son invention (brevet #4,757,577).

L’ouverture ou la fermeture du Y‑zipper peut se faire manuellement, par corde de traction ou par mouvement robotique.

Le mouvement manuel est le plus simple, aidé par une prise sous la surface du curseur. La corde de traction peut être activée par un moteur fixe. Entre‑temps, l’actionnement robotique/dynamique utilisait un moteur N20, un microcontrôleur, un récepteur sans fil, deux engrenages personnalisés imprimés en 3D supplémentaires, et une batterie dans un boîtier de 15 mm × 25 mm × 35 mm ne pesant que 18 g. L’actionneur pouvait être contrôlé sans fil via Bluetooth à des distances allant jusqu’à 25 m.

Il peut être mis à l’échelle jusqu’à des longueurs étendues, jusqu’à 3 mètres (10 pieds), s’adaptant à une large gamme de facteurs de forme et d’applications.

Le curseur est composé du séparateur supérieur, qui sépare les bandes lors du dézippage, et du convergeur inférieur, qui les rejoint lors du zippage.

La stabilité de la fermeture éclair provient de sa structure d’enchevêtrement à trois voies, permettant une fermeture fluide et rapide (à des vitesses de 30 cm/s). Contrairement à d’autres conceptions de fermetures éclair, les dents plus simples peuvent se déplacer rapidement et être fabriquées assez facilement.

« Par rapport aux dents de fermeture éclair conventionnelles, dont la fonction principale est de maintenir ensemble les deux côtés de l’objet à fermer (comme le couvercle et le corps d’une valise), le rôle le plus critique des dents du Y‑zipper est de fournir un soutien structurel suffisant au Y‑zipper lorsqu’il est fermé. »

Les ponts sont la partie qui assure l’intégrité structurelle de l’ensemble de la chaîne, ou l’« unité porteuse de force de traction ».

Les nœuds sphériques et les douilles offrent un alignement supplémentaire lors de la fermeture et servent principalement à résister aux forces de cisaillement, empêchant les dents de la fermeture éclair de glisser les unes contre les autres.

Comment le Y‑Zipper peut‑il se déplacer ?

Dans sa forme la plus simple, le Y‑zipper peut simplement être formé en un tube rigide de forme triangulaire lorsqu’il est assemblé.

Une autre option simple est une arche courbée, grâce à l’une des rangées qui possède des dents non uniformes et des ponts courbés. L’angle de flexion et le rayon de courbure effectif peuvent être ajustés finement grâce à différentes formes de dents et prédits à l’aide d’un modèle informatique.

Une autre option consiste à modifier les angles inter‑segments, créant une bobine.

Enfin, il peut également être assemblé en forme de vis, avec une rotation horaire ou antihoraire. L’angle total de la vis peut également être varié, jusqu’à un point où un désalignement angulaire excessif entre les dents adjacentes se produit.

Créer des formes utiles et polyvalentes

Les formes droites et courbées ne sont pas mutuellement exclusives et peuvent être combinées pour créer une grande variété de formes de la forme finale zipée. Cela signifie que le Y‑zipper pourrait finalement être utilisé pour créer une structure flexible activable de presque n’importe quelle forme, bien qu’elle ne soit pas modifiable une fois le design fixé.

Une large gamme de matériaux pourrait être utilisée pour le Y‑zipper. Cela pourrait, bien sûr, inclure le bois, comme dans le brevet original, mais aussi du plastique flexible comme le polyuréthane thermoplastique (TPU), les plastiques courants d’impression 3D comme l’acide polylactique (PLA), et même du tissu, qui pourrait finalement inclure des matériaux comme la fibre de Kevlar.
Pour créer encore plus de flexibilité dans les conceptions potentielles, des connexions entre différents Y‑zippers sont nécessaires. À cette fin, les chercheurs ont créé une articulation capable de lier jusqu’à trois Y‑zippers.

Parce que le but du Y‑zipper est d’être facilement déployé lorsqu’il est nécessaire, le stockage compact est également une caractéristique recherchée par les utilisateurs. Ainsi, les chercheurs ont proposé une méthode pour enrouler la fermeture éclair afin d’un stockage efficace, compactant une fermeture éclair de 0,5 m (1,6 pieds) dans un récipient cylindrique d’une hauteur de seulement 10 cm (4 pouces) et d’un rayon de 25 mm (1 pouce).

Amener le Y‑Zipper à la vie réelle

Applications du Y‑Zipper

L’une des applications potentielles les plus prêtes pour le marché du Y‑zipper est les attelles médicales, car l’impression 3D est déjà souvent utilisée pour des applications similaires.

Par exemple, une attelle de poignet pourrait rester en état flexible pendant la journée, permettant des mouvements libres du poignet, évitant la raideur et l’atrophie musculaire, et devenir rigide pendant le sommeil du patient afin d’éviter des blessures secondaires. La possibilité de déplacer la fermeture éclair d’une seule main sans assistance constitue un avantage supplémentaire.

Une autre possibilité est de créer des membres réglables pour robots. Dans un prototype simple, les chercheurs ont créé un robot capable d’ajuster rapidement sa hauteur de 60 mm à 245 mm (2,3 – 9,6 pouces) en moins de 3 secondes.

« Contrairement aux mécanismes télescopiques ou à articulations multiples traditionnels, le Y‑zipper obtient une longueur de jambe réglable en n’utilisant que quatre tubes légers, sans liaisons supplémentaires ni cinématique complexe. »

Une troisième application peut être l’assemblage et désassemblage rapides de camping tentes. Les chercheurs ont créé une structure composée de quatre Y‑zippers, d’une articulation les reliant, et de quatre ancres d’angle de la tente. Le temps d’assemblage total était d’environ 1 minute et 20 secondes.

Tester les limites

Bien sûr, toute application réelle dépendra de la durabilité du design. Les chercheurs ont soumis le design à un test de contrainte en le faisant fonctionner en continu pendant 1 jour et 15 heures, réalisant plus de 18 000 cycles, un toutes les 8 secondes, avant qu’une fracture ne se produise finalement à l’interface entre les dents et les ponts.

Dans l’ensemble, plus de 18 000 cycles, surtout sur les premiers prototypes, prouvent que le design est déjà suffisamment solide pour la plupart des cas d’utilisation commerciaux.

Des matériaux plus résistants et des méthodes computationnelles pour prédire et compenser l’affaissement gravitationnel pourraient être déployés pour améliorer encore davantage les performances.

La précision du Y‑zipper est limitée par la résolution de l’impression 3D. La largeur de bande fonctionnelle la plus étroite qu’ils ont obtenue était de 8 mm (0,3 pouce). Des méthodes d’impression plus avancées ou le développement futur de l’impression 3D pourraient créer des Y‑zippers encore plus petits.

En tout cas, le Y‑zipper est un autre exemple du potentiel de l’impression 3D, non seulement pour remplacer les méthodes de conception et de fabrication existantes, mais aussi pour ouvrir la voie à des conceptions entièrement nouvelles.

Investir dans l’impression 3D / fabrication additive

Nano Dimension

Nano Dimension (NNDM ) a commencé avec un focus sur l’électronique imprimée en 3D. Cette position a évolué lorsqu’elle a acquis successivement, lors de transactions entièrement en espèces en 2025, ses concurrents Desktop Metal et Markforged. Cela a ajouté de nombreux nouveaux matériaux, y compris des métaux à haute tolérance, à l’offre de l’entreprise, et l’a aidée à consolider le marché de l’électronique imprimée en 3D.

Cela a également créé des économies d’échelle en fusionnant la base de clients qui comprend SpaceX (SPCX ), Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics, etc.

Enfin, les entreprises acquises étaient principalement actives dans différentes zones géographiques, Nano Dimension en Europe et Desktop Metal aux États‑Unis, permettant une synergie en fusionnant leurs équipes de vente.

En 2026, Nano Dimension a recentré son portefeuille de produits avec la vente des technologies d’impression électronique 3D et de sa gamme de produits « Fabrica » à Inspira Technologies 

L’entreprise résultante se concentrera sur le binder jetting métallique (impression 3D métal), la plateforme logicielle et la fabrication par filament fondu (FFF), et un passage global de l’intégration de ses fusions‑acquisitions de 2025 à l’expansion d’une plateforme technologique unifiée sur ses marchés mondiaux.

Les investisseurs doivent être conscients que l’entreprise a longtemps eu du mal à générer un revenu net positif, en partie parce qu’elle a réalisé des acquisitions et investi dans l’amélioration de sa technologie.

Au premier trimestre 2026, Nano Dimension a vu ses revenus augmenter de 106 % d’une année sur l’autre pour atteindre 29,7 M $, et a enregistré une perte de 12,5 M $ en EBITDA ajusté et une perte nette de 69,7 M $. Elle disposait de 441,6 M $ en liquidités et autres actifs équivalents.

Ainsi, l’avenir de l’action de l’entreprise sera lié à sa capacité à croître avec l’industrie de l’impression 3D dans son ensemble et à défendre sa position de leader technologique.

Dernières Nano Dimension (NNDM) Actualités et développements de l’action

Étude référencée

^{1. Jiaji Li, et al. Y-zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly. CHI ’26: Actes de la conférence CHI 2026 sur les facteurs humains dans les systèmes informatiques. Numéro d’article: 754, Pages 1 – 17. https://doi.org/10.1145/3772318.3790723}