PAMs – Chaîne en mailles imprimée en 3D pour le 21e siècle

Une récente avancée dans la science des matériaux architecturés pourrait révolutionner la façon dont le monde pense la matière. Grâce à l’utilisation d’une architecture interlacée spécialement conçue et de nouveaux matériaux, les ingénieurs ont créé des PAM (polycaténés architecturés), une toute nouvelle classe de matière avec des propriétés de comportement uniques, et plus encore. Voici tout ce que vous devez savoir.

Matériaux architecturés

Les matériaux architecturaux font l’objet d’une étude scientifique depuis plus de 30 ans. Ils sont uniques à de nombreux égards, notamment en raison de leur conception avec des éléments de fil de fer entrelacés dans des structures tridimensionnelles. De plus, leur structure et leurs matériaux travaillent ensemble pour créer leurs propriétés mécaniques.

Étude sur les PAM

Une étude récente publiée dans Science intitulée “Matériaux architecturés polycaténés 3D.”¹ se penche sur un nouveau type de matériau architecturé et de structure. Cette nouvelle approche a été conçue pour reproduire l’architecture cristalline de la nature. La principale différence est que les ingénieurs ont remplacé les cristaux par des particules fixes avec des cages ou des anneaux.

Source – Wenjie Zhou

Cette structure ressemble beaucoup à une armure en mailles, offrant flexibilité et protection contre les chocs. Les PAM présentent des anneaux interverrouillés dans des réseaux tridimensionnels comme une armure en mailles, mais ne sont pas limités à un style ou une forme particulière. Grâce à des simulations informatiques, les ingénieurs peuvent créer une gamme de PAM qui fonctionnent différemment en fonction de leur disposition et de leurs éléments de conception.

N’existe pas naturellement

L’un des aspects les plus intéressants des PAM est que leur structure est complètement artificielle. Elle n’existe pas dans la nature. Cette conception unique fait des PAM un nouveau type de matière qui peut se comporter comme un solide ou un liquide, selon le scénario.

Les PAM peuvent atteindre cette caractéristique unique grâce à l’utilisation de composants entrelacés. Les particules individuelles sont liées dans des structures cristallines mais conservent la capacité de se déplacer les unes par rapport aux autres.

Imaginez une boîte de sable qui est déplacée. Les particules de sable peuvent se déplacer librement pour s’adapter à toute pression. Les PAM font la même chose, mais en utilisant une structure en treillis entrelacée. Ils peuvent s’écouler, changer de position et s’ajuster lorsque nécessaire.

PAM électriques

L’étude a également examiné comment les charges électrostatiques pourraient modifier les caractéristiques des PAM. Cette adaptabilité permettrait aux ingénieurs de régler finement leurs PAM ou de les utiliser dans un large éventail d’industries, notamment la robotique.

Test des PAM

Pour tester leur théorie, les ingénieurs ont commencé par imprimer des PAM en 3D. Ils ont décidé de créer plusieurs versions pour tester leur durabilité et leurs capacités. Plus précisément, les matériaux utilisés pour créer les PAM allaient des polymères acryliques, du nylon, jusqu’aux métaux traditionnels. L’équipe a imprimé plusieurs cubes ou sphères de 2 pouces de diamètre pour la phase de test.

Tests de contrainte des PAM

Plusieurs tests de contrainte ont été utilisés pour déterminer la durabilité et la résistance globale des nouveaux PAM.

Sous compression

Les chercheurs ont placé les PAM sous compression pour voir leur réaction. Ils ont ensuite chauffé progressivement les PAM, testant pour voir leur effet. Notamment, ils se sont avérés extrêmement durables lors des tests de compression.

Force de déchirure

Le prochain test a consisté à voir à quel point il était difficile de déchirer le matériau. L’appareil n’a pas résisté à la force latérale et a pu être déchiré facilement sous la pression appliquée. Cette découverte n’a pas été une grande surprise, car le matériau n’était jamais destiné à résister aux forces de déchirure.

Force de torsion

Le dernier test de contrainte a mesuré la force de torsion. Ici, les ingénieurs ont utilisé des tests de rhéologie pour déterminer avec précision la vitesse et le mouvement. Cette partie du test a progressivement augmenté l’intensité jusqu’à ce que la force de torsion casse la pièce imprimée.

Résultats des tests des PAM

L’étude sur les PAM a donné lieu à des résultats intéressants. Pour une, elle prouve que les PAM présentent un comportement classique de fluide et de solide. Lorsqu’une force est appliquée au matériau, il se raidit comme une roche, mais dans d’autres scénarios, il peut agir comme un liquide.

Les résultats des tests prouvent que les PAM sont contrôlés par leurs topologies de caténation. Ainsi, le changement de forme de la conception modifie la résistance et la capacité de l’unité. Les PAM testés sont devenus très durs lorsqu’ils ont été comprimés. De plus, ils ont modifié leur forme et leur structure sous de faibles charges électriques.

Charges externes faibles

Les PAM se comportent comme des fluides non newtoniens lorsqu’une faible force est appliquée. Les sujets testés possédaient à la fois des réponses d’épaississement et d’amaigrissement à des charges externes faibles.

Grandes déformations

Les grandes déformations mettent plus de stress sur le matériau, entraînant des relations de contrainte-déformation non linéaires. Cette relation de contrainte-déformation peut entraîner des problèmes futurs si elle n’est pas inspectée et corrigée dès qu’elle est détectée.

Avantages des PAM

Les PAM apporteront de nombreux avantages sur le marché. Pour une, ils offrent un moyen nouveau et très efficace de dissiper l’énergie de manière efficace. Ces unités peuvent subir de nombreux chocs car elles peuvent changer de forme pour augmenter leur intégrité structurelle.

Personnalisation

Les PAM peuvent être personnalisés pour répondre à presque tous les cas spécifiques. Vous pouvez les créer à partir de matériaux rigides ou souples. Ils peuvent également être imprimés en 3D et la forme de chaque particule peut être modifiée pour obtenir un effet ou une structure souhaités. De plus, même la structure en treillis qui relie les particules est interchangeable.

Cas d’utilisation pour les PAM

Il existe plusieurs cas d’utilisation pour les PAM. Ces matériaux pourraient connaître une adoption généralisée dans un avenir proche, dans de nombreuses industries qui cherchent à réduire les coûts, améliorer la sécurité et renforcer leur modèle économique. Voici quelques cas d’utilisation pour cette technologie.

Logistique

Vous pouvez vous attendre à voir les PAM trouver un foyer dans la protection des articles pendant le transport. Les matériaux d’emballage fabriqués à partir de PAM seraient super légers et pourraient aider à prévenir les dommages causés par les chutes ou les pertes. De plus, le matériau pourrait être réutilisé et recyclé, ce qui en ferait une meilleure solution que le carton.

Équipement de sécurité

Les PAM rendront un jour vos casques plus petits et vos équipements de sécurité plus durables. Les articles conçus pour absorber les chocs, comme les genouillères, bénéficieront d’une protection immédiate. De plus, d’autres équipements de sécurité comme les gants deviendront plus durables.

Soins de santé

Les dispositifs biomédicaux sont un autre scénario d’utilisation pour les micro-PAM ajustables. Ce matériau pourrait un jour aider à sauver des vies. Imaginez un médecin stimulant les PAM pour maintenir une artère ouverte. De plus, les dispositifs portables deviendront plus durables et confortables.

Systèmes d’absorption d’énergie

Imaginez utiliser les PAM pour prévenir les blessures graves. Ce matériau léger pourrait un jour être utilisé pour créer des composants de voiture plus solides sans nécessiter un financement ridicule.

Architectures métamorphiques

Imaginez des robots qui fouillent les débris à la recherche de survivants. Soudain, il reçoit un signe de vie en dessous des ruines fracassées. Le dispositif modifie alors sa forme pour s’adapter à la plus petite fissure et poursuivre l’enquête sur les sons. Les robots métamorphiques deviennent de plus en plus populaires en raison de leur capacité unique, qui pourrait être une mise à niveau majeure grâce à cette étude.

Un leader dans la fabrication additive

Il existe de nombreuses industries que cette recherche pourrait aider à bénéficier dans un avenir proche. Des équipements de protection ultra-légers à la fabrication de voitures plus sûres et plus légères, les PAM ont leur place sur le marché. Voici une entreprise qui est bien positionnée pour utiliser les PAM et améliorer ses offres.

Stratasys

Stratasys (SSYS ) est une société israélienne de recherche et développement en fabrication additive. Elle est entrée sur le marché en 1989 et est rapidement devenue une force dominante dans le secteur. Intéressant, la société a été créée après que le fondateur ait tenté de créer un batracien 3D à l’aide de couches et d’un mélange de polymère et de colle. Plusieurs années plus tard, le 3D Modeler de Stratasys est devenu un succès.

Aujourd’hui, Stratus se spécialise dans la recherche et le développement de polymères de nouvelle génération. Ces matériaux ont un large éventail d’applications dans les secteurs aérospatial, industriel, automobile, récréatif, électronique, médical et de consommation.

Depuis son lancement, Stratasys a réussi à sécuriser une liste massive de clients qui comprend des gouvernements et des conglomérats majeurs. La société n’a pas cessé de s’étendre. Récemment, elle a annoncé une fusion de 1,8 milliard de dollars avec Desktop Metal Hue destinée à améliorer son offre.
SSYS est une action fiable qui est restée une valeur sûre pendant des années. La position et l’historique d’innovation de la société l’ont aidée à rester un choix de premier plan pour les traders de tous horizons. À mesure que la société introduit certains de ses produits les plus récents inspirés par l’IA, il pourrait y avoir une augmentation significative.

PAMs – Chaîne en mailles imprimée et prête à l’emploi

L’étude sur les PAM révèle un nouveau type de matière qui partage des caractéristiques avec les solides et les liquides. Il peut fournir une protection ou un passage si nécessaire. De plus, il a une personnalisation illimitée, ce qui en fait le choix idéal pour une variété de tâches à l’avenir. Pour l’instant, chapeau bas à cette équipe d’ingénieurs innovants pour avoir atteint ce jalon.

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Référence de l’étude :

^{1. Zhou, W., et al. (2025). Matériaux architecturés polycaténés 3D. Science, 387, 269–277. https://doi.org/10.1126/science.adr9713}