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Patent Searching and Data


Title:
PRINT HEAD OF A PRINTER, PRINTER AND PRINTING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/025615
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a microfluid print head (6) of a printer (1) characterised in that the head (6) comprises a distal face (19) and: - at least one first channel referred to as injection channel (14) for injecting an ink onto a substrate (40), the injection channel (14) leading onto the distal surface (19) by a first opening referred to as injection opening; - at least one second channel referred to as suction channel (15) for sucking up the ink, among others, the suction channel (15) leading onto the distal face (19) by a second opening referred to as suction opening; - a groove defined on the distal face (19) and into which the suction opening leads; and - at least one light source (9) or optical waveguide (17) for transmitting the light emitted by a light source (9).

Inventors:
MALAQUIN, Laurent (5 Impasse de l'Oustalou, Ayguesvives, 31450, FR)
VIOVY, Jean Louis (26 Rue de l'Espérance, Paris, 75013, FR)
SOULEILLE, Sandrine (42 Rue des jardins du Sauzat, Escalquens, 31750, FR)
DOLLAT, Xavier (4 Impasse des Mimosas, Roques sur Garonne, 31120, FR)
Application Number:
EP2018/071189
Publication Date:
February 07, 2019
Filing Date:
August 03, 2018
Export Citation:
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Assignee:
CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (75794 PARIS Cedex 16, 75794, FR)
INSTITUT CURIE (26 rue d'ULM, PARIS CEDEX 05, 75248, FR)
SORBONNE UNIVERSITE (21 Rue de l'Ecole de Medecine, Paris 6, 75006, FR)
International Classes:
B41J2/175; B29C64/106; C12M1/26
Domestic Patent References:
WO2014197999A12014-12-18
Foreign References:
US20150037445A12015-02-05
US20170210069A12017-07-27
Other References:
SANGJUN MOON ET AL: "Layer by Layer Three-dimensional Tissue Epitaxy by Cell-Laden Hydrogel Droplets", TISSUE ENGINEERING PART C: METHODS, vol. 16, no. 1, 1 February 2010 (2010-02-01), pages 157 - 166, XP055180383, ISSN: 1937-3384, DOI: 10.1089/ten.tec.2009.0179
None
Attorney, Agent or Firm:
GEVERS & ORES (41 avenue de Friedland, PARIS, PARIS, 75008, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

Tête (6) d'impression microfluidique d'une imprimante (1) caractérisée en ce que la tête (6) comprend une face (19) distale et : au moins un premier canal appelé canal (14) d'injection pour injecter une encre sur un substrat (40), le canal (14) d'injection débouchant sur la face (19) distale par un premier orifice appelé orifice (20) d'injection, au moins un deuxième canal appelé canal (15) d'aspiration pour aspirer l'encre entre autres, le canal (15) d'aspiration débouchant sur la face (19) distale par un deuxième orifice appelé orifice (21) d'aspiration, une gorge (31) définie sur la face (19) distale et dans laquelle l'orifice (21) d'aspiration débouche, au moins une source (9) de lumière ou un guide (17) d'onde optique pour transmettre la lumière émise par une source (9) de lumière, et en ce que la source (9) de lumière ou le guide (17) d'onde optique est apte à projeter un faisceau lumineux sur une zone (22) éclairante située sur la face (19) distale, la zone (22) éclairante étant à son tour apte à projeter un faisceau lumineux depuis la face (19) distale.

Tête (6) d'impression selon la revendication 1 dans laquelle elle comprend un corps (23) et un embout (24) rapporté sur le corps (23), l'embout (24) comprenant l'orifice (20) d'injection, l'orifice (21) d'aspiration, la gorge (31) et la zone (22) éclairante. Tête (6) d'impression selon la revendication 2 dans laquelle le corps (23) comprend le canal (14) d'injection, le canal (15) d'aspiration et la source (9) de lumière ou le guide (39) d'onde optique, respectivement situés en regard de l'orifice (20) d'injection, de l'orifice (21) d'aspiration et de la zone (22) éclairante.

Tête (6) d'impression selon l'une des revendications 2 ou 3 dans laquelle l'embout (24) est réalisé en matériau transparent de préférence en élastomère Poly Dimethil Siloxane.

Tête (6) d'impression selon l'une des revendications 2 à 4 dans laquelle la gorge (31) s'étend en profondeur selon un axe longitudinal de l'embout (24) et présente une forme entourant la zone (22) éclairante.

Tête (6) d'impression selon l'une des revendications 2 à 5 dans laquelle la gorge (31) s'étend sur la circonférence de l'embout (24) selon un secteur angulaire compris entre 180° et 340° et de préférence 320°.

Tête (6) d'impression selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la gorge (31) a une largeur radiale sensiblement constante comprise entre 20 et 500 μιη et de préférence 100 et 300 μιη.

Tête d'impression selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle une profondeur axiale de la gorge (31) mesurée entre la face (19) distale et un point le plus profond situé dans la gorge (31) est compris entre 20 et 500 μιη et de préférence 100 et 300 μιη. 9. Tête (6) d'impression selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la profondeur de la gorge (31) est sensiblement constante.

10. Tête (6) d'impression selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la zone (22) éclairante a un diamètre compris entre cinq et cinq cent micromètres.

11. Tête (6) d'impression selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l'orifice (20) d'injection et l'orifice (21) d'aspiration ont des diamètres compris entre vingt micromètres et un millimètre.

12. Tête (6) d'impression selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la zone (22) éclairante comporte une plateforme (54) faisant saillie de la face (19) distale, sur une distance comprise entre 50 et 500 μιη, de préférence 100 μιη.

13. Tête (6) d'impression selon l'une des revendications précédentes dans laquelle l'embout (24) comporte une couronne (57) annulaire s'étendant sur le périmètre dudit embout (24), la couronne (57) faisant saillie de la face (19) distale.

14. Tête (6) d'impression selon la revendication 13 dans laquelle l'embout (24) comporte une cavité (55) avant agencée entre l'orifice (20) d'injection et la plateforme (54), et, une cavité (56) arrière agencée entre la plateforme (54) et l'orifice (21) d'aspiration.

15. Tête (6) d'impression selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans laquelle la gorge (31) présente une profondeur axiale variable.

16. Tête (6) d'impression selon la revendication 13 dans laquelle, la couronne, comporte un rebord (58) annulaire prolongeant la couronne (57), ledit rebord (58) annulaire étant orienté en direction de la plateforme (54) de sorte que, le rebord (58) annulaire surplombe partiellement l'orifice (21) d'aspiration et/ou l'orifice (20) d'injection.

17. Imprimante (1) caractérisée en ce qu'elle comprend : - au moins un réservoir (2) d'encre, - au moins une pompe (3) d'injection apte à mettre sous pression le réservoir

(2) d'encre,

- un répartiteur (4) relié de manière f uidique au réservoir (2) d'encre, le répartiteur (4) étant apte à contrôler le débit d'encre prélevé du réservoir (2) d'encre,

- un bras (5) robotisé apte à se déplacer ou un socle robotisé apte à se déplacer,

- au moins une tête (6) d'impression selon l'une des revendications 1 à 11 montée sur le bras (5) robotisé lorsque l'imprimante (1) comprend un bras (5) robotisé ou montée sur un support fixe de l'imprimante lorsque l'imprimante (1) comprend un socle robotisé, l'au moins une tête (6) d'impression étant reliée fluidiquement au répartiteur (4) pour alimenter celle-ci en encre, la tête (6) d'impression étant apte à injecter de l'encre sur un substrat (40),

- des moyens (7) d'aspiration reliés fluidiquement à la tête (6) d'impression pour aspirer de l'encre injectée par la tête (6) d'impression,

- un réservoir (2) d'aspiration relié fluidiquement aux moyens (7) d'aspiration pour stocker l'encre aspirée,

- au moins une source (9) de lumière apte à polymériser l'encre au niveau de la tête (6) d'impression dans le cas où la tête (6) d'impression ne comprend pas de source (9) de lumière,

- une unité (10) informatique connectée et contrôlant la pompe (3) d'injection, le répartiteur (4), le bras (5) robotisé ou selon le cas le socle robotisé, les moyens (7) d'aspiration et la source (9) de lumière. 18. Procédé d'impression au moyen d'une imprimante (1) comprenant :

au moins un réservoir (2) d'encre,

au moins une pompe (3) d'injection apte à mettre sous pression le réservoir (2) d'encre,

un répartiteur (4) relié de manière fluidique au réservoir (2) d'encre, le répartiteur (4) étant apte à contrôler le débit d'encre prélevé du réservoir (2) d'encre, un bras (5) robotisé apte à se déplacer ou un socle robotisé apte à se déplacer,

au moins une tête (6) d'impression selon l'une des revendications 1 à 11 montée sur le bras (5) robotisé lorsque l'imprimante (1) comprend un bras (5) robotisé ou ladite au moins une tête (6) dimpression est montée sur un support fixe de l'imprimante lorsque l'imprimante (1) comprend un socle robotisé, l'au moins une tête (6) d'impression étant reliée fluidiquement au répartiteur (4) pour alimenter ladite au moins une tête (6) d'impression en encre, ladite au moins une tête (6) d'impression étant apte à injecter de l'encre sur un substrat (40),

des moyens (7) d'aspiration reliés fluidiquement à la tête (6) d'impression pour aspirer de l'encre injectée par la tête (6) d'impression,

un réservoir (2) d'aspiration relié fluidiquement aux moyens (7) d'aspiration pour stocker l'encre aspirée,

au moins une source (9) de lumière apte à polymériser l'encre au niveau de la tête (6) d'impression dans le cas où la tête (6) d'impression ne comprend pas de source (9) de lumière,

une unité (10) informatique connectée et contrôlant la pompe (3) d'injection, le répartiteur (4), le bras (5) robotisé ou selon le cas le socle robotisé, les moyens (7) d'aspiration et la source (9) de lumière,

caractérisé en ce que le procédé est mis en œuvre au moyen d'un programme informatique implémenté dans l'unité (10) informatique, ce procédé comprenant :

- une étape d'injection d'au moins une encre au moyen de la tête (6) d'impression sur un substrat (40) immergé,

- une étape d'aspiration via la tête (6) d'impression de l'encre,

- un étape de polymérisation au moyen de la au moins une source (9) de lumière de l'encre injectée, ces étapes étant réalisées simultanément pendant au moins une partie de la durée d'impression.

19. Procédé d'impression selon la revendication 18 dans lequel celui-ci comprend une étape de déplacement du bras (5) robotisé dans au moins une direction de l'espace. 20. Procédé d'impression selon la revendication 18 dans lequel celui-ci comprend une étape de déplacement du socle robotisé dans au moins une direction de l'espace.

Description:
Tête d'impression d'une imprimante , imprimante et procédé d'impression

L'invention a trait au domaine de la bioimpression et plus particulièrement aux imprimantes.

La bioimpression permet des avancées médicales considérables. Parmis ces avancées on pourra citer la réalisation d'implants ou de structures vivantes constituées de cellules et de matrice extracellulaire, comme par exemple de la peau ou encore des structures osseuses.

A l'heure actuelle, la bioimpression est principalement utilisée pour la recherche médicale. La bioimpression permet la réalisation de microenvironnements de culture cellulaires et de modèles de tissus vivants utiles au diagnostic et à l'analyse des mécanismes à l'origine de certaines pathologies. Les scientifiques l'utilisent notamment pour étudier l'évolution des cellules tumorales ou des cellules souches. Ceci leur permet de mieux comprendre l'évolution de ces cellules, cancéreuses notamment, pour mieux soigner et prémunir l'humanité des cancers.

Il est établi que les cellules cancéreuses, pour ne prendre que cet exemple, ont besoin d'un microenvironnement tridimensionnel spacialement hétérogène. Les composantes de ce microenvironnement sont physiques (topologie, propriétés mécaniques, etc .), chimiques (composition de la matrice extracellulaire, concentration de facteurs biochimiques, etc ..) et (distribution spatiale des différents types cellulaires qui composent le tissu, etc .). En bioimpression, le microenvironnement tridimensionnel physiologique est reconstruit pour permettre de contrôler les processus de prolifération et de différenciation cellulaires tout en garantissant la fonctionnalité des tissus générés sur le long terme.

A terme, l'objectif visé par les scientifiques est la réalisation de modèles de tissus fonctionnels, biomimétriques, implantés. Il s'agit par exemple d'organes humains « bioimprimés » dans le cadre de la médecine régénérative. Il s'agit de modèles de tissus fonctionnels, mimant ou non une pathologie, qui peuvent être utilisé pour des applications pharmacologiques ou thérapeutiques.

Plusieurs technologies sont actuellement utilisées pour la bioimpression. Toutefois ces technologies présentent chacune des inconvénients particulièrement limitatifs pour les scientifiques.

Dans ce qui suit, on entend par « encre», un matériau photosensible, comportant un polymère ou un hydrogel ou un mélange de polymères ou d'hydrogels, comprenant ou pas des cellules vivantes et comportant ou pas des molécules additionnelles telles que des protéines, ADN, acides, bases, sucres, facteurs de croissance, peptides, marqueurs, particules chargées, molécules et colloïdes.

Une première technologie est une technique de micro-extrusion. Cette technique consiste à utiliser une ou plusieurs tête(s) d'impression. Chaque tête permet de déposer une fibre d'hydrogel générée par extrusion au travers d'une buse, cette fibre ayant un diamètre variable en fonction du diamètre de la buse. Les fibres sont successivement juxtaposées et superposées de façon à générer une structure en trois dimensions. Cet hydrogel est ensemencé ou pas avec des cellules. Dans le cas où il ne s'agit que d'un matériau seul, l'impression des structures qui servent de support de culture, est généralement suivie d'une immersion dans une suspension de cellules qui se déposent à sa surface. Les encres sont poussées à travers une micro- seringue et déposées à l'aide d'une aiguille. Cette technologie comprend de multiples inconvénients. La taille de l'aiguille détermine en premier lieu la résolution des structures obtenues. Les aiguilles ont un diamètre donné usuellement de l'ordre de la centaine de micromètres, et permettent donc l'impression de matériaux avec une résolution correspondante, de l'ordre de 100 μιη. Par ailleurs, le contrôle de la résolution dans l'axe d'extrusion des fibres est difficile à contrôler et généralement supérieur à 100 μιη, celle-ci n'étant pas déterminée par le diamètre de la buse mais par le contrôle des écoulements. Cette technologie se heurte à un problème d'envergure, puisque pour augmenter la résolution, les aiguilles aux diamètres les plus petits engendrent une augmentation des forces de cisaillement durant extrusion, provoquant la détérioration des propriétés des gels ou bien une perte de viabilité des cellules présentes éventuellement dans le matériau extradé (dans l'encre). Les forces de cisaillement qui s'appliquent aux cellules au cours de leur trajet, peuvent être délétaires, c'est-à-dire entraîner une apoptose, notamment si le diamètre de l'aiguille est trop petit et/ou si la vitesse d'extrasion est trop importante. Par ailleurs, cette technologie implique des temps d'impression relativement longs. A noter aussi, que la réalisation de structures hétérogènes, c'est-à-dire nécessitant l'utilisation successives de différentes encres, s'avère être laborieuse. L'impression d'encres multiples, se traduit par l'utilisation séquentielle et l'alignement de plusieurs têtes d'extrasion contenant chacune des encres à imprimer. Il est impossible de mélanger ces matériaux lors de l'extrusion pour ajuster leurs concentrations relatives. Par ailleurs, la résolution limitée de cette approche (100 μιη soit 10 fois la taille d'une cellule) ne permet pas de contrôler précisément l'organisation des structures imprimées.

Une deuxième technologie est une technique jet-d'encre. La technique jet d'encre consiste en une tête d'impression qui projette des micro-gouttelettes d'encre . Cette technique présente une résolution d'environ cinquante micromètres et nécessite de prendre des précautions importantes pour conserver la viabilité cellulaire lors de l'écriture. En effet, les dispositifs utilisés pour générer les microgouttes sont basés sur des effets thermiques ou piezo éléctrique qui induisent des contraintes de cisaillement, de compression et d'élévation de température importantes, qui peuvent nuire à la viabilité cellulaire.

Une troisième technologie est une technique d'impression par transfert assisté par laser. Cette technique consiste à disposer sur une lamelle métallisée une pellicule d'encre. Dans cette technique d'impression, un laser est dirigé à l'aide d'un miroir puis focalisé par une lentille et enfin frappe la lamelle du côté opposé à celui où est déposée l'encre . Cette technologie permet d'otenir une précision de l'ordre du micromètre. La technique d'impression assistée par laser présente des inconvénients. Parmi ces inconvénients, les constructions réalisées sont instables lorsqu'il s'agit de créer des structures en trois dimensions et tout particulièrement lorsqu'il s'agit de créer des structures creuses ou pleines avec de forts rapports d'aspects, c'est-à-dire avec des formes complexes. De plus, les structures hétérogènes sont particulièrement difficiles à réaliser du fait de la nécessité d'utiliser séquentiellement une lamelle différente pour chaque encre. Dans cette technique, chaque lamelle comprend un type de cellules. Lorsqu'une cellule est frappée par le laser, celle-ci est éjectée et se dépose sur un substrat. Pour ajouter une cellule différente et créer une structure hétérogène, il faut utiliser une autre lamelle sur laquelle est disposé un autre type de cellules, en s'assurant que la lamelle en question est parfaitement alignée. Ceci est donc fastidieux et requiert un niveau de précision difficile à soutenir car des manipulations (répétées) de lamelles sont nécessaires. Une structure hétérogène est une structure composée de cellules différentes, de matrices extracellulaires différentes et/ou de biomolécules différentes.

A noter en outre, que pour produire un tissu, il existe un besoin de reproduire l'hétérogénéité de ce tissu à l'échelle de la cellule individuelle. Cette hétérogénéité comprend, le type de cellule et sa position spatiale, la concentration des espèces et leur concentration spatiale, le type de matrice extracellulaire, sa porosité, ses propriétés physicochimiques, mécaniques, et la distribution spatiale de ces propriétés.

L'invention vise à remédier à l'un au moins de ces inconvénients.

Un objectif de l'invention est de proposer une tête d'impression micro-fluidique d'une imprimante, qui puisse offrir la possibilité de créer des structures hétérogènes tout en ayant une résolution au moins inférieures à 100 micromètres, de préférence inférieure à 50 micromètres et plus préférablement inférieure à 20 micromètres. Un autre objectif est de proposer une imprimante capable d'imprimer sur demande une structure composée d'un ou plusieurs type(s) d'encre(s).

Un autre objectif est de proposer une imprimante dans laquelle les flux d'encres peuvent être contrôlés en temps réel pour créer un mélange dont la composition en encres est minutieusement ajustée. Un autre objectif est de proposer une imprimante dans laquelle les quantités d'encres utilisées sont minimisées.

Un autre objectif est de proposer une imprimante qui puisse imprimer dans les trois directions de l'espace et ceci avec une résolution au moins inférieure à 100 micromètres, de préférence inférieure à 50 micromètres et plus préférablement inférieure à 20 micromètres.

Un autre objectif est de proposer une imprimante qui puisse imprimer avec différentes longueurs d'ondes, incluant la lumière UV, visible et infra rouge.

Un autre objectif est de proposer une imprimante capable d'imprimer selon différentes résolutions. Un autre objectif est de proposer une imprimante qui puisse imprimer avec différentes résolutions de façon à optimiser les vitesses d'impression.

Un autre objectif est de proposer une imprimante capable d'imprimer en utilisant plusieurs types d'encres.

Un autre objectif est de proposer une imprimante permettant de réaliser une impression en maintenant les structures immergées dans un milieu de culture tout au long du processus d'impression. A cet effet, il est proposé en premier lieu une tête d'impression microfluidique d'une imprimante dans laquelle la tête comprend une face distale et : au moins un premier canal appelé canal d'injection pour injecter une encre sur un substrat, le canal d'injection débouchant sur la face distale par un premier orifice appelé orifice d'injection, - au moins un deuxième canal appelé canal d'aspiration pour aspirer l'encre entre autres, le canal d'aspiration débouchant sur la face distale par un deuxième orifice appelé orifice d'aspiration, - une gorge définie sur la face distale et dans laquelle l'orifice d'aspiration débouche,

- au moins une source de lumière ou un guide d'onde optique pour transmettre la lumière émise par une source de lumière, et dans laquelle la source de lumière ou le guide d'onde optique est apte à projeter un faisceau lumineux sur une zone éclairante située sur la face distale, la zone éclairante étant à son tour apte à projeter un faisceau lumineux depuis la face distale. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison : la tête d'impression comprend un corps et un embout rapporté sur le corps, l'embout comprenant l'orifice d'injection, l'orifice d'aspiration, la gorge et la zone éclairante ; le corps comprend le canal d'injection, le canal d'aspiration et la source de lumière ou le guide d'onde optique, respectivement situés en regard de l'orifice d'injection, de l'orifice d'aspiration et de la zone éclairante ; l'embout est réalisé en matériau transparent, de préférence élastomère Poly Dimethil Siloxane ; la gorge s'étend en profondeur selon un axe longitudinal de l'embout et présente une forme entourant la zone éclairant ; la gorge s'étend sur la circonférence de l'embout (24) selon un secteur angulaire compris entre 180° et 340° et de préférence 320° ; la gorge a une largeur radiale sensiblement constante comprise entre 20 et 500 μιη et de préférence 100 et 300 μιη ; une profondeur axiale de la gorge mesurée entre la face distale et un point le plus profond situé dans la gorge est compris entre 20 et 500 μιη et de préférence 100 et 300 μιη ; la profondeur de la gorge est sensiblement constante ; la zone éclairante a un diamètre compris entre cinq et cinq cent micromètres ; l'orifice d'injection et l'orifice d'aspiration ont des diamètres compris entre vingt micromètres et un millimètre ; la zone éclairante comporte une plateforme faisant saillie de la face distale, sur une distance comprise entre 50 et 500 μιη, de préférence 100 μιη, l'embout comporte une couronne annulaire s'étendant sur le périmètre dudit embout, la couronne faisant saillie de la face distale, l'embout comporte une cavité avant agencée entre l'orifice d'injection et la plateforme, et, une cavité arrière agencée entre la plateforme et l'orifice d'aspiration, la gorge présente une profondeur axiale variable, la couronne, comporte un rebord annulaire prolongeant la couronne, ledit rebord annulaire étant orienté en direction de la plateforme de sorte que, le rebord annulaire surplombe partiellement l'orifice d'aspiration et/ou l'orifice d'injection.

Il est proposé en second lieu une imprimante comprenant : au moins un réservoir d'encre,

au moins une pompe d'injection apte à mettre sous pression le réservoir d'encre,

un répartiteur relié de manière fluidique au réservoir d'encre, le répartiteur étant apte à contrôler le débit d'encre prélevé du réservoir d'encre, un bras robotisé apte à se déplacer ou un socle robotisé apte à se déplacer, au moins une tête d'impression telle que précédemment décrite, montée sur le bras robotisé lorsque l'imprimante comprend un bras robotisé ou ladite au moins une tête d'impression est montée sur un support fixe de l'imprimante lorsque l'imprimante comprend un socle robotisé, l'au moins une tête d'impression étant reliée fluidiquement au répartiteur pour alimenter ladite au moins une tête d'impression en encre, ladite au moins une tête d'impression étant apte à injecter de l'encre sur un substrat,

des moyens d'aspiration reliés fluidiquement à la tête d'impression pour aspirer de l'encre injectée par la tête d'impression,

un réservoir d'aspiration relié fluidiquement aux moyens d'aspiration pour stocker l'encre aspirée,

au moins une source de lumière apte à polymériser l'encre au niveau de la tête d'impression dans le cas où la tête d'impression ne comprend pas de source de lumière,

une unité informatique connectée et contrôlant la pompe d'injection, le répartiteur, le bras robotisé ou selon le cas le socle robotisé, les moyens d'aspiration et la source de lumière.

Il est proposé en troisième lieu un procédé d'impression au moyen d'une imprimante comprenant :

au moins un réservoir de encre, au moins une pompe d'injection apte à mettre sous pression le réservoir de encre,

un répartiteur relié de manière fluidique au réservoir d'encre, le répartiteur étant apte à contrôler le débit d'encre prélevé du réservoir d'encre, un bras robotisé apte à se déplacer ou un socle robotisé apte à se déplacer, au moins une tête d'impression telle que précédemment décrite, montée sur le bras robotisé lorsque l'imprimante comprend un bras robotisé ou montée sur un support fixe de l'imprimante lorsque l'imprimante comprend un socle robotisé, l'au moins une tête d'impression étant reliée fluidiquement au répartiteur pour alimenter celle-ci en encre, la tête d'impression étant apte à injecter de l'encre sur un substrat,

des moyens d'aspiration reliés fluidiquement à la tête d'impression pour aspirer de l'encre injectée par la tête d'impression,

un réservoir d'aspiration relié fluidiquement aux moyens d'aspiration pour stocker l'encre aspirée,

au moins une source de lumière apte à polymériser l'encre au niveau de la tête d'impression dans le cas où la tête d'impression ne comprend pas de source de lumière,

une unité informatique connectée et contrôlant la pompe d'injection, le répartiteur, le bras robotisé ou selon le cas le socle robotisé, les moyens d'aspiration et la source de lumière,

dans lequel le procédé est mis en œuvre au moyen d'un programme informatique implémenté dans l'unité informatique, ce procédé comprenant :

- une étape d'injection d'au moins une encre au moyen de la tête d'impression sur un substrat immergé,

- une étape d'aspiration via la tête d'impression de l'encre,

- un étape de polymérisation au moyen de la au moins une source de lumière de l'encre injectée,

ces étapes étant réalisées simultanément pendant au moins une partie de la durée d'impression. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison :

- le procédé d'impression comprend une étape de déplacement du bras robotisé dans au moins une direction de l'espace ; le procédé d'impression comprend une étape de déplacement du socle robotisé dans au moins une direction de l'espace.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description ci-après en relation avec les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels :

la figure 1 est une représentation schématique d'une imprimante selon l'invention,

la figure 2 est une représentation schématique d'une extrémité d'une tête d'impression de l'imprimante de la figure 1,

la figure 3 est une vue en perspective d'un embout de la tête d'impression, la figure 4a est une vue en perspective de l'embout et d'une platine de la tête d'impression,

la figure 4b est une vue en coupe selon le plan de coupe IVb-IVb en trois dimensions de la figure 4a,

la figure 4c est une vue en deux dimensions de l'embout selon une variante de réalisation,

- la figure 4d est une vue en perspective de l'embout de la figure 4c,

la figure 4e est une vue en coupe selon le plan de coupe IVe-IVe de la figure 4d, la figure 4f est une vue en perspective d'un embout selon une autre variante de réalisation,

la figure 4g est une vue en coupe selon le plan de coupe IVg-IVg de la figure 4f, - le figure 5 est une image réelle illustrant le mouvement de particules,

la figure 6 est une vue schématique en deux dimensions de l'embout, la figure 7 est une représentation schématique de murs imprimés par la tête d'impression selon l'invention,

la figure 8 est une image réelle illustrant un mur imprimé en deux dimensions et en vue de dessus,

- la figure 9 est une image réelle illustrant des murs imprimés en deux dimensions et en vue de dessus,

la figure 10 est une autre image réelle illustrant des murs imprimés en deux dimensions et en vue de dessus,

la figure 11 est une autre image réelle illustrant des murs imprimés en trois dimensions,

la figure 12 est une représentation schématique de l'imprimante selon une variante de réalisation,

la figure 13 est une vue schématique en deux dimensions d'une variante de réalisation de l'embout,

- la figure 14 est une vue schématique en deux dimensions d'une variante de réalisation de l'embout.

Sur la figure 1, est représentée schématiquement une imprimante 1 . L'imprimante 1 comprend :

au moins un réservoir 2 d'encre(s),

au moins une pompe 3 d'injection apte à mettre sous pression le réservoir 2 d'encre,

un répartiteur 4,

- un bras 5 robotisé,

une tête 6 d'impression,

des moyens 7 d'aspiration,

un réservoir 8 d'aspiration,

au moins une source 9 lumière qui peut être intégrée ou non à la tête 6 d'impression, et

une unité 10 informatique. On définit un trièdre X, Y, Z dont l'axe X représente une première direction de déplacement horizontal du bras 5 robotisé, l'axe Y perpendiculaire à l'axe X représente une deuxième direction de déplacement horizontal et l'axe Z perpendiculaire aux axes X et Y représente une direction de déplacement vertical. Les axes X, Y et Z définissent des planx XY, XZ et YZ.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, l'imprimante 1 comprend quatre réservoirs 2 d'encre(s). Chaque réservoir 2 comprend une encre différente. Le nombre d'encres et par conséquent le nombre de réservoirs 2 peut être adapté en fonction des besoins, à savoir en fonction de l'hétérogénéité de la structure à imprimer.

Chaque réservoir 2 est relié de manière fluidique au répartiteur 4 au moyen d'un canal 11 d'approvisionnement.

Le répartiteur 4 comprend une pluralité de vannes 12 en nombre égal de canaux 11 d'approvisionnement. Ainsi chaque vanne 12 permet d'ouvrir ou fermer un canal 11 d'approvisionnement. Le répartiteur permet d'ouvrir et de fermer les canaux 11 d'approvisionnement en fonction des besoins d'impression. Les vannes 12 peuvent être du type tout ou rien, c'est-à-dire qu'elles sont fermées ou ouvertes de façon binaire. Ces vannes 12 peuvent aussi être à ouverture variable. Dans ce dernier cas, elles peuvent être utilisées pour ajuster le débit dans les canaux 11 d'approvisionnement à souhait. En sortie du répartiteur, chaque canal 11 d'approvisionnement est prolongé par un canal 13 d'alimentation relié fluidiquement à la tête 6 d'impression de l'imprimante 1 . Dans un mode de réalisation non illustré sur les figures, le répartiteur 4 peut être intégré à la tête 6 d'impression. La tête 6 d'impression est dite micro-fluidique du fait des dimensions notamment des canaux qu'elle comporte, qui sur une partie au moins de leur trajet présentent au moins une dimension transverse à l'axe, et de préférence deux dimensions transverses à l'axe inférieures au millimètre, par exemple de l'ordre de la dizaine ou de la centaine de micromètres. Les dimensions seront détaillées ultérieurement.

La tête 6 d'impression comprend : au moins un premier canal appelé canal 14 d'injection,

au moins un deuxième canal appelé canal 15 d'aspiration,

au moins une source 9 de lumière ou un guide 17 d'onde optique pour transmettre la lumière émise par une source 9 de lumière.

Les moyens 7 d'aspiration permettent de contrôler le débit ou la pression d'aspiration dans le canal 15 d'aspiration.

Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, la tête 6 d'impression comprend un guide 17 d'onde optique.

Les canaux 13 d'alimentations sont reliés de manière fluidique au canal 14 d'injection de la tête 6 d'impression au niveau d'un embranchement 18. Les mélanges d'encres sont ainsi réalisés dans la tête 6 d'impression. Toutefois, les mélanges d'encresx peuvent être réalisés à un autre niveau. Par exemple, il est possible que l'embranchement 18 se situe à l'extérieur de la tête 6 d'impression.

En référence à la figure 2, le canal 14 d'injection et le canal 15 d'aspiration débouchent sur une face 19 distale de la tête d'impression. La face 19 distale est située à une extrémité de la tête 6 d'impression. Le canal 14 d'injection et le canal 15 d'aspiration débouchent respectivement sur la face 19 distale par un premier orifice appelé orifice 20 d'injection et un deuxième orifice appelé orifice 21 d'aspiration. La source 9 de lumière est apte à éclairer une zone 22 éclairante située sur la face 19 distale. La zone 22 éclairante est une zone délimitée illuminée de préférence par une source 9 de lumière apte à générer un faisceau de lumière collimaté par exemple. Une source 9 de lumière apte à générer un faisceau de lumière, de préférence cohérent. D'autres faisceaux peuvent être aussi utilisées. A titre d'exemples, des sources lumineuses telles que des LED, diodes lasers, barres CCD ou VCSEL peuvent être utilisées. La zone 22 éclairante est avantageusement protégée par un matériau transparent à l'inverse de l'orifice 20 d'injection et de l'orifice 21 d'aspiration, ceci pour protéger la source 9 de lumière afin que de l'encre ne la détériore pas.

En référence aux figures 4a et 4b, la tête 6 d'impression comprend un corps 23 et un embout 24. Ceci permet avantageusement de produire un tête 6 d'impression avec deux matériaux différents, notamment en ce qui concerne l'embout 24 qui a des spécificités particulières ainsi qu'expliqué ultérieurement.

Selon un mode de réalisation préféré, l'embout 24 présente une forme cylindrique dont le diamètre est compris entre cent micromètres et cinq millimètres. D'autres formes d'embout 24 sont possibles en variantes. Selon un mode de réalisation préféré, l'embout 24 peut-être rapporté sur le corps puis fixé à ce dernier. Divers moyens de fixation peuvent être envisagés. Dans le mode de réalisation illustré, le corps 23 comprend une portion 25 d'extrémité munie des encoches 50 tandis que l'embout 24 définit une cavité 26 creuse dont des parois 27 internes comportent des pions 51 aptes à s'insérer dans les encoches 50. L'embout 24 est rapporté et fixé sur la portion 25 d'extrémité grâce aux pions 51 logeant dans les encoches 50. La portion 25 d'extrémité est munie d'une face 28 intermédiaire sur laquelle débouchent le canal 14 d'injection, le canal 15 d'aspiration et un troisième canal appelé canal 29 optique. L'embout 24 comprend la face 19 distale, l'orifice 20 d'injection, l'orifice 21 d'aspiration et la zone 22 éclairante. Sur les figures 3, 4a et 4b, la zone 22 éclairante se présente sous la forme d'un troisième orifice appelé orifice 30 optique traversant de part et d'autre ledit embout 24 et débouchant sur la face 19 distale à l'instar de l'orifice 20 d'injection et de l'orifice 21 d'aspiration. Lorsque l'embout 24 est monté sur la portion 25 d'extrémité du corps 23, l'orifice 20 d'injection, l'orifice 21 d'aspiration et l'orifice 30 optique sont positionnés respectivement en regard du canal 14 d'injection, du canal 15 d'aspiration et du canal 29 optique du corps 23. Dans une variante de réalisation, l'embout 24 est transparent. Dans ce cas, l'embout 24 ne comporte pas d'orifice 30 optique.

La tête 4 d'impression est monobloc. La tête 4 d'impression peut comprendre plus de deux matériaux différents. Dans le cas d'une tête 4 d'impression monobloc, celle-ci est avantageusement transparente pour permettre le passage de la lumière.

Avantageusement la face 19 distale est munie d'une gorge 31 axiale. La gorge 31 comprend au moins en partie l'orifice 21 d'aspiration. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, l'orifice 21 d'aspiration est inscrit dans la gorge 31. En d'autres termes l'orifice 21 d'aspiration est intégralement contenu dans la gorge 31. Dans un mode préféré, la gorge 31 présente une forme en arc de cercle autour d'un centre et s'étend sur la circonférence de l'embout 24 selon un secteur angulaire compris entre 180° et 340°, de préférence sensiblement égal à 320°. Ainsi la gorge 31 n'est pas fermée. Des expérimentations ont permis de mettre en évidence qu'un angle de 320° permet avantageusement de canaliser à l'aspiration l'intégralité de l'encre injectée. Selon des variantes de réalisation non illustrées sur les figures, la gorge 31 n'est pas limitée à une forme en arc de cerle. Celle-ci peut par exemple être en forme d'arc d'ellipse. Elle peut également avoir une autre forme permettant de préférence d'entourer la zone 22 éclairante.

La gorge 31 présente une largeur radiale (selon un axe radial X de l'embout) sensiblement constante. La largeur radiale est de préféfence comprise entre 20 et 500 μιη et de préférence entre 150 et 250 μιη.

La gorge 31 a une profondeur axiale (selon l'axe Z) mesurée entre la face 19 distale et un point le plus profond situé dans la gorge 31 de préférence comprise entre 20 μιη et 500 μιη, de préférence entre 150 et 250 μιη. De préférence, également la gorge 31 présente une profondeur sensiblement constante et/ou une section sensiblement constante. Une telle profondeur et une telle largeur radiale de la gorge 31 permettent à cette dernière d'assurer un récupération optimale de l'encre injectée.

La gorge 31 définit une zone 32 centrale. L'orifice 20 d'injection est avantageusement situé dans la zone 32 centrale. Ainsi lorsque de l'encre est expulsé de la tête 6 d'impression par l'orifice 20 d'injection, la part de cette encre qui n'est pas polymérisée est avantageusement canalisée par la gorge 31, et ensuite aspirée par l'orifice 21 d'aspiration. Le mouvement de l'encre sera décrit ultérieurement. La gorge 31 peut en section (section dans un plan de coupe XZ) prendre la forme d'un carré, d'une ellipse, d'une pyramide ou toute autre forme mais est de préférence cylindrique.

La zone 22 éclairante se situe avantageusement entre l'orifice 20 d'injection et l'orifice 21 d'aspiration. De manière plus précise, les orifices 20, 21 et l'orifice 30 optique sont alignés. En d'autres termes, chaque orifice 20, 21, 30 comprennent un centre (non représenté sur les figures) de sorte qu'une droite (non représentée) passe sensiblement par chacun de ces centres. Toutefois, il est possible que ces centres ne soient pas alignés, c'est par exemple le cas lorsque la tête 6 d'impression comprend plusieurs orifices 20, 21, 30 d'injection, d'aspiration et optique. Cette variante, non représentée sur les figures, sera décrite ultérieurement.

Le canal 15 d'aspiration est relié fluidiquement aux moyens 7 d'aspiration et au réservoir 8 d'aspiration. Un moyen 7 d'aspiration peut par exemple être une pompe 7 d'aspiration.

Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 4, la source 9 de lumière utilisée est une source 9 de lumière cohérente, par exemple un laser 9. La puissance du laser 9 est comprise entre 0,1 mW et 160 mW, et de préférence entre 1 mW et lOmW. La puissance du laser 9 émise correspondant à la quantité d'énergie par unité de surface est de 0.8 mW pour une aire circulaire exposée de 20μιη de diamètre. L'éclairement est compris entre 0,3.10 6 W.m -2 et 500.10 6 W.m -2 et de préférence entre 1.10 6 et 75.10 6 w.m " . La longueur d'onde est comprise entre 265 nm et l'infrarouge et de préférence entre 365 nm et 750 nm. Le laser 9 est situé en dehors de la tête 6 d'impression ainsi qu'illustré schématiquement sur la figure 1. La source 9 de lumière peut être une diode laser, une LED, une VCSEL. D'autres outils peuvent être utilisés. De préférence la zone 22 éclairante (et par conséquent le faisceau lumineux) a un diamètre compris entre cinq et cinq cent micromètres.

Dans ce mode de réalisation le canal 29 optique pratiqué dans la tête 6 d'impression s'étend depuis une surface 33 supérieure de celle-ci jusqu'à la face 28 intermédiaire. La tête 6 d'impression comprend le guide 17 d'onde optique inséré dans le canal 29 optique et permettant de guider le faisceau cohérent du laser 9 jusqu'à l'orifice 30 optique. En référence à la figure 4, une extrémité inférieure (non représentée sur les figures) du guide 17 d'onde optique est située au niveau de la face 28 intermédiaire. Avantageusement le guide 17 d'onde optique ne s'étend pas jusqu'à l'orifice 30 optique. L'extrémité inférieure du guide 17 d'onde optique comprend une lentille, par exemple une lentille sphérique, qui permet à la fois de protéger le guide 17 d'onde optique et d'obtenir un meilleur faisceau de lumière. Le guide 17 d'onde optique est par exemple une fibre optique. Dans une variante de réalisation, le guide 17 d'onde optique peut ne pas être muni d'une lentille.

Dans une variante de réalisation non illustrée sur les figures, l'orifice 30 optique peut être muni d'une lentille supplémentaire en fonction du besoin.

Ainsi que précédement évoqué, l'imprimante 1 comprend une unité 10 informatique permettant de coordonner les différents éléments que celle-ci comprend. L'unité 10 informatique peut être un ordinateur, microprocesseur, ou plus généralement tout moyen de contrôle automatisé des opérations électroniques, optiques, mécaniques et/ou fluidiques. Ainsi l'unité 10 informatique peut être connectée de façon filaire ou sans fils à la pompe 3 d'injection, au répartiteur 4, au bras 5 robotisé, à la source 9 de lumière, à la pompe 7 d'aspiration. Ces connexions sont représentées schématiquement en traits pointillés sur la figure 1. L'unité informatique comprend un processeur dans lequel est implémenté un programme d'ordinateur pour la mise en œuvre d'un procédé d'impression.

L'expression pompe n'est nullement limitative, il peut s'agir de tout moyen capable de comprimer ou de transporter un fluide, ou de créer une dépression (aspirer).

Le corps de la tête 6 d'impression comprend une platine 35 munie d'une pluralité de trous 36 de fixation. Ces trous 36 sont destinés à accueillir des vis de fixation (non représentées). La platine 35 est avantageusement fixée sur le bras 5 robotisé. Le bras 5 robotisé peut se déplacer dans les trois directions de l'espace. Il permet ainsi à la tête 6 d'impression de fabriquer des structures tridimensionnelles.

Le corps est avantageusement fabriqué en polymère. Le corps 23 est par exemple fabriqué par usinage. D'autres matériaux peuvent être utilisés.

Selon un mode de réalisation préféré, l'embout 24 est réalisé en polymère, de préférence un polymère transparent. De préférence également, ce polymère transparent est un élastomère par exemple du Poly(DimethylSiloxane). Il est fabriqué par moulage à l'aide d'un moule micro-usiné (non représenté). La tête d'impression peut également être fabriquée dans ce matériau. La tête d'impression et l'embout 24 peuvent ainsi être fabriqués dans un matériau identique ou dans des matériaux différents.

Le matériau avec lequel est fabriqué l'embout 24 présente une importance particulière dans la mesure où c'est ce matériau qui est en contact avec une zone 37 de polymérisation. La zone 37 de polymérisation est la zone où la structure tridimensionnelle est fabriquée.

Avantageusement, le(s) matériau(x) qui compose(nt) la tête est(sont) :

inerte(s) vis-à-vis de la réaction de polymérisation,

- de préférence mais pas nécessairement transparent(s) afin de permettre à des rayons lumineux émis par la source lumineuse de traverser le matériau au niveau de la zone éclairante, de préférence poreux aux gaz, notamment à l'oxygène afin d'inhiber localement la réaction de polymérisation sur une faible épaisseur de l'ordre du micromètre et d'éviter que le matériau polymérisé ne colle à l'embout 24 pendant l'impression.

L'embout 24 peut être réalisé dans un polymère déformable élastomère, un polymère rigide ou encore un métal, par exemple le polydiméthilsiloxane (PDMS) qui présente l'avantage d'être inerte, transparent, déformable et du fait de sa porosité à l'oxygène empêche la polymérisation et l'adhésion de l'encre sur la surface. Dans le cas où l'embout 24 n'est pas réalisé dans un matériau transparent (comme c'est le cas dans le mode de réalisation représenté sur les figures), il convient de créer un orifice 30 optique au niveau de la zone 22 éclairante (ainsi que précédemment évoqué) et d'y insérer une fenêtre transparente afin de protéger la source de lumière. Dans ce cas, la fenêtre transparente peut être une lamelle plane ou bien une lentille, par exemple une lentille sphérique pour obtenir un faisceau lumineux de préférence collimaté ainsi que précédemment expliqué.

A noter que la tête peut être fabriquée entièrement avec un même matériau. Comme précédemment évoqué, la source 9 de lumière peut être intégrée à la tête 6 d'impression ou être distincte. Dans le dernier cas la tête 6 d'impression comprend un guide 17 d'onde optique telle qu'une fibre optique pour acheminer les rayons lumineux au travers de la tête 6 d'impression jusqu'à la zone 22 éclairante. Afin de s'affranchir du guide 17 d'onde optique, une variante de réalisation peut consister à positionner la source 9 de lumière près de la face 19 distale.

L'orifice 20 d'injection et l'orifice 21 d'aspiration présentent un diamètre qui varie entre vingt micromètres et un millimètre. Les diamètres du canal 14 d'injection et du canal 15 d'aspiration sont également compris entre vingt micromètres et un millimètre. Ces dimensions sont avantageuses puisqu'elles permettent de protéger des cellules 42 contre des forces de cisaillement. L'orifice 20 d'injection et l'orifice 21 d'aspiration peuvent présenter en variantes une section de forme carrée ou rectangulaire, ou toute autre forme. Une forme préférée est cependant circulaire.

La pression d'injection dans le canal 14 d'injection est de préférence comprise entre zéro et un bar. Cette pression est obtenue en pressurisant les réservoirs 2 à l'aide de la pompe 3 d'injection. La pression d'aspiration est comprise entre moins un bar (dépression) et zéro bar. Cette pression d'aspiration est obtenue au moyen de la pompe 7 d'aspiration. Avantageusement le débit d'aspiration (dépression) en valeur absolue est supérieur au débit d'injection en valeur absolue pour éviter la contamination du milieu environnant autour de la tête entre l'orifice 20 d'injection et l'orifice 21 d'aspiration et favoriser la collecte des encres injectées par l'orifice 20 d'injection.

La tête 6 d'impression présente une vitesse de déplacement selon l'axe X et selon l'axe Y qui peut aller jusqu'à un centimètre par seconde. L'impression est en générale réalisée selon l'axe X et selon l'axe Y avec des mouvements simultanés ou isolés selon ces axes. La tête peut également se déplacer selon l'axe X,l'axe Y et l'axe Z de manière simultanée ou effectuer un mouvement dans le plan XY puis un mouvement selon l'axe Z et inversement. La vitesse de la tête 6 d'impression selon l'axe Z peut aller également jusqu'à dix centimètres par seconde.

Une distance séparant la tête 6 d'impression d'un substrat 40 est comprise entre 10 μιη et 800 μιη. A noter qu'en dessous de 20 μιη la circulation du fluide est difficile et au- delà de 400 μιη, l'efficacité de la collecte des encres par aspiration diminue induisant un risque de contamination du milieu environnant. De façon préférée, cette distance est comprise entre 40 μιη et 200 μιη.

Dans ce qui suit, le fonctionnement de l'imprimante va être décrit. Ainsi que précédemment expliqué la tête 6 d'impression se déplace à l'aide d'un bras 5 robotisé contrôlé par l'unité 10 informatique. Une structure tridimensionnelle est créée à l'aide d'un outil de conception assisté par ordinateur et importée dans l'unité 10 informatique. La structure peut par exemple être contenue dans un fichier informatique. La structure peut être hétérogène (plusieurs encres) ou simple (une seule encre). L'hétérogénéité de la structure peut notamment être obtenue en injectant localement différentes encres, en modifiant la longueur d'onde et/ou de l'intensité de la source de lumière au cours de l'impression. Le substrat 40 qui supportera la structure est plongé dans un liquide, avantageusement une solution aqueuse qui constitue la zone de polymérisation, le tout est contenu dans une boite de Pétri 43 par exemple. Dans d'autres modes de réalisation, la zone de polymérisation peut contenir un autre liquide, par exemple, une huile. Dans un mode préféré, la tête 6 d'impression est positionnée de sorte à ce que la face 19 distale de l'embout 24 baigne dans le mélange d'eau et d'hydrogel.

L'impression débute lorsque l'unité 10 informatique donne l'ordre au répartiteur 4 d'ouvrir au moins une vanne 12 d'ouverture. Les encres correspondantes sont alors acheminées vers la tête 6 d'impression. Les encres passent par le canal 14 d'injection et est (sont) ejecté(es) de la tête 6 d'impression par l'orifice 20 d'injection. Les encres sont éjectées dans toutes les directions qui s'offrent à elles. En parallèle la pompe 7 d'aspiration est activée. La dépression dans le canal 15 d'aspiration est supérieure en valeur absolue à la pression d'injection dans le canal 14 d'injection. Les encres éjectées par le canal 14 d'injection se dirigent vers le canal 15 d'aspiration. La part des encres qui se dirige vers le canal 15 d'aspiration par le chemin le plus court qui s'offrent à elles en passant sous la zone 22 éclairante est polymérisée. L'activation de la ou des sources lumineuses engendre la polymérisation localisée des encres, la tête est alors mise en mouvement. La source lumineuse est activée au cours du déplacement lorsque la position de la tête relative à l'échantillon atteint la zone à polymériser. Cete encre polymérisée se fixe sur le substrat 40 préalablement disposé en regard de la face 19 distale de la tête 6 d'impression. En même temps une autre part de l'encre éjectée est perdue. Cette encre perdue est canalisée par la gorge 31 puis aspirée par le canal 15 d'aspiration via l'orifice 21 d'aspiration. Cette encre n'est pas polymérisée car elle contourne la zone 22 éclairante. A noter que le débit d'aspiration est plus important que le débit d'injection, par conséquent, l'ensemble de l'encre injectée est aspirée en même temps que de la solution environnante. En référence à la figure 5, des micro-particules fluorescentes de dix micromètres ont été utilisées pour illustrer les écoulements de l'encre. Dans cette expérience, la pression d'injection est de soixante millibar et la pression d'aspiration est de quatre-vingt-dix millibar. Le mélange d'eau et d'hydrogel est respectivement réalisé dans des proportions de vingt-cinq et soixante-quinze pourcent.

La structure de l'embout 24, notamment grâce à la gorge dans laquelle est inscrit l'orifice 21 d'aspiration, permet avantageusement de canaliser l'encre ainsi que ceci est visible sur les figures 5 et 6. Sur la figure 6 notamment le mouvement d'encre est schématisé par des lignes de flux fléchées. Comme on peut le voir, la quasi-totalité de l'encre est canalisée par la gorge et aspirée. Ce mécanisme permet d'éviter la contamination du milieu environnant et de favoriser le renouvellement ou le changement d'encre au niveau de la zone de polymérisation.

Sur la figure 4c est représentée une variante de réalisation de la tête d'impression. Dans ce mode de réalisation, la profondeur axiale de la gorge 31 varie. Plus précisément, la profondeur axiale de la gorge 31 varie selon que l'on se rapproche de l'orifice 21 d'aspiration. Ceci augmente la résistance microfluidique dans la gorge 31 ce qui permet à plus d'encre de passer sous l'orifice 30 optique. L'impression est donc plus efficace. Dans ce mode de réalisation, la zone 22 éclairante comporte une plateforme 54. La plateforme 54 fait saillie de la face 19 distale de l'embout 24, selon l'axe Z. La hauteur de la plateforme 54, selon l'axe Z, est comprise entre 50 et 500 μιη et de préférence, de 100 μιη. Une hauteur de 100 μιη permet d'obtenir un bon compris entre l'aspiration du matériau et la vitesse de déplacement de la tête d'impression. La plateforme 54 permet d'éloigner l'embout de la zone 37 de polymérisation afin que des bords 53 périphériques de l'embout 24 ne heurtent pas l'encre polymérisée. La plateforme 54 présente avantageusement une forme de pyramide tronquée. D'autres formes peuvent être utilisées tel qu'un cube par exemple. Toutefois, un mode préfère de réalisation comporte une plateforme en forme de pyramide tronquée. En effet, des études menées sur les écoulement autour de la plateforme 54 par la demanderesse, indiquent que l'utilisation d'une pyramide tronquée permet avantageusement d'éviter la présence de zones de faibles écoulement qui peuvent être à l'origine de contaminations lors des changements d'encres.

Dans ce mode de réalisation, l'embout 24 comporte, une cavité 55 avant agencée entre l'orifice 20 d'injection et la plateforme 54. L'embout 24 comporte une cavité 56 arrière agencée entre la plateforme 54 et l'orifice 21 d'aspiration. Les cavités 55, 56 avant et arrière présentent une forme sensiblement pyramidale. Elles sont creusées à l'intérieur de l'embout selon l'axe Z. Elles permettent avantageusement de créer un espace fluidique entre l'orifice 20 d'injection et la plateforme 54 d'une part, et entre la plateforme 54 et l'orifice 21 d'aspiration d'autre part. Ceci diminue la résistance microfluidique, ce qui favorise l'écoulement sous la plateforme 54 permettant d'améliorer le renouvellement de l'encre. Des cavités en forme de pyramides tronquées, permettent avantageusement d'éviter des variations brutes de hauteur dans lesdites cavités. D'autres formes peuvent être utilisées tel que des cavités hemicylindriques par exemple. En effet, des variations brutes de hauteur dans la cavité auraient un impact négatif sur le flux d'encre.

Dans ce mode de réalisation, l'embout comporte une couronne 57. La couronne 57 est annulaire autour de l'axe Z. Elle s'étend sur le périmètre de l'embout 24. La couronne 57 fait saillie de la face 19 distale. La couronne 57 ne dépasse pas la plateforme 54 selon l'axe Z. En d'autres termes, la plateforme s'étend, au plus, au niveau de la plateforme 54, selon l'axe Z.

L'embout 24 peut être muni de la couronne 57 et/ou la plateforme 54 et/ou cavité 55 avant et/ou cavité 56 arrière et/ou de la gorge 31 à profondeur variable.

Dans une variante de réalisation représentée sur les figures 4f et 4g, la couronne 57 comporte un rebord 58 annulaire. Le rebord 58 annulaire prolonge la couronne 57 en direction de la plateforme 54, c'est-à-dire selon l'axe X et l'axe Y. Ainsi le rebord 58 annulaire surplombe partiellement l'orifice 21 d'aspiration et l'orifice 20 d'injection.. En effet, la tête est positionné à une certaine distance du substrat afin d'avoir une zone de confinement qui permet une bonne aspiration de l'encre par l'orifice d'aspiration. En éloignant la tête du substrat, la zone de confinement est compromise, et donc l'aspiration de l'encre l'est aussi ce qui nuit à l'impression. Le rebord 58 annulaire permet de reproduire une zone de confinement et de maintenir une bonne aspiration, il en résultat qu'il est possible d'éloigner la tête d'impression du substrat pour imprimer des structures plus hautes, selon l'axe Z, et/ou d'augmenter la vitesse d'impression (déplacement selon les axes X et/ou Y).

Ainsi que précédemment évoqué, l'encre est polymérisée en passant devant la zone 22 éclairante suivant des dimensions latérales (X,Y) définies par la forme du faisceau. L'épaisseur de la structure polymérisée est définie par confinement géométrique par la distance entre la face distale et le substrat 40 ou une structure préalablement imprimée. L'encre est alors réticulée sur le substrat 40 ou sur une structure préalablement imprimée. La face 19 distale de la tête 6 d'impression est positionnée à une certaine distance h du substrat 40 ou d'une structure préalablement imprimée. Cette distance correspond à la hauteur maximale d'une couche que la tête 6 d'impression peut imprimer lors de l'illumination. La résolution en X,Y des structures imprimées est définie principalement par les propriétés optiques du faisceau lumineux induisant la polymérisation qui garantissent une précision donnée pour des épaisseurs de couches comprises entre 0 et h. Par exemple, lorsque l'on souhaite constuire une structure ayant une hauteur de six cent micromètres sur une longeur donnée et que la capacité d'impression de la tête 6 d'impression est de deux cent micromètres de haut avec une précision acceptable, la face 19 distale sera premièrement située à une distance de deux cent micromètres. L'encre est polymérisée en créant un premier étage de la structure de deux cent micromètres de haut et en déplaçant latéralement le bras 5 robotisé dans le plan (X,Y) souhaité pour fabriquer la structure souhaitée. Une fois la longeur donnée atteinte, le bras 5 robotisé est déplacé selon l'axe Z d'une distance de deux cent micromètres et suit le chemin emprunté en sens inverse pour construire un deuxième étage et ainsi de suite jusqu'à atteindre une hauteur de six cent micromètres, dans le cas présent trois étages successifs.

Un exemple schématisé de murs 41 se croisant est représenté sur la figure 7. Sur cette figure, les murs 41 qui se croisent présentent des hauteurs différentes. La figure 7 illustre schématiquement que ce procédé et cette imprimante 1 permettent d'empiler des structures réalisées en encres au niveau du croisement. Des expériences réalisées par la demanderesse ont permis de démontrer que les empilements de structures sont mieux réalisés en utilisant une source de lumière collimatée qui permet d'augmenter la valeur h, c'est-à-dire qui permet de maintenir la précision de polymérisation sur de plus grandes épaisseurs de polymérisation. L'utilisation d'un faisceau de lumière focalisé est possible, toutefois un faisceau de lumière collimaté est préféré.

L'imprimante qui vient d'être décrite permet de réaliser des structures complexes avec des discontinuités, des hauteurs différentes, des croisements de murs et des empilements. Elle permet de réaliser des structures complexes comprenant des cavités creuses. Elle offre ainsi une grande liberté de création aux scientifiques pour reproduire un environnement de croissance des cellules. Un procédé de mise en œuvre de l'imprimante comprend :

une étape d'injection d'une ou plusieurs encre(s) sur un substrat immergé, l'injection étant réalisée via le canal 14 d'injection,

une étape d'aspiration de ou des l'encre(s) via le canal 15 d'aspiration, une étape de polymérisation de ou des l'encre(s) injectée(s).

Ces étapes peuvent être en partie simultannées, et sont de préférence simultannées pendant au moins une partie du temps d'impression. Elles peuvent également de préférence être réalisées en même temps que la tête 6 d'impression se déplace dans l'espace suivant une direction ou simultanément selon plusieurs directions (Χ,Υ,Ζ). Au cours de l'impression, une extrémité de la tête d'impression est immergée dans la zone 37 de polymérisation L'imprimante 1 ci-dessus décrite présente de nombreux avantages parmi lesquels : elle offre la possibilité de créer des structures hétérogènes tout en ayant une résolution au moins inférieur à 20 micromètres grâce à la précision du faisceau lumineux dont le diamètre peut être suffisamment bas pour obtenir des hautes résolutions, elle permet de contrôler de façon précise la composition du mélange des encres utilisées, les flux des encres peuvent être contrôlés dans le temps et dans l'espace, les quantités des encres utilisées sont minimisées, elle peut imprimer dans les trois directions de l'espace et ceci avec une résolution de l'ordre du micromètre, elle peut imprimer avec différentes longueurs d'ondes de manière séquentielle et/ou simultanément, elle permet d'imprimer selon différentes résolutions.

Dans une variante de réalisation (non illustrée) de la tête d'impression, cette dernière peut comprendre une pluralité de canaux d'injection, de canaux d'aspiration et de zones éclairantes.

Dans une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 13, l'imprimante peut être équipée de plusieurs têtes 6 d'impression et de plusieurs zones 22 éclairantes. La longueur d'onde et le diamètre des sources lumineuses peut varier d'une tête d'impression à une autre. Dans une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 14, une tête 6 d'impression comprend plusieurs zones 22 éclairantes. Dans ce mode de réalisation, la tête d'impression comprend trois zone éclairantes dont la longueur d'onde et le diamètre peut varier l'une par rapport à l'autre.

Dans une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 14, la tête 6 d'impression comprend une gorge 31 annulaire qui s'étend sur toute la périphérie de la tête d'impression ainsi qu'une pluralité de zones 22 éclairantes. Les zones éclairantes peuvent avoir une longueur d'onde et un diamètre qui varient d'une zone éclairante à l'autre.

Dans une autre variante de réalisation non illustrée sur les figures, la tête d'impression comporte un canal d'injection et deux canaux d'aspiration. Avantageusement, la gorge est annulaire. Des essais réalisés par la demanderesse démontre qu'une telle tête d'impression est avantageuse en ce que la récupération de l'encre au travers des canaux d'aspiration est efficace.

Dans une autre variante de réalisation (non illustrée), le tête d'impression est fixe et la boîte de Pétri 43 est montée sur un socle robotisé contrôlé par l'unité 10 informatique. Dans ce mode de réalisation, la tête d'impression est montée sur un support fixe et seul le socle est en mouvement pour former les structures à imprimer. Dans cette variante de réalisation, la tête 6 d'impression ne se déplace pas et les étapes précédemment décrites du procédé sont réalisées en même temps que le socle robotisé se déplace.

Dans ce qui suit, vont être décris plusieurs tests réalisés en laboratoire.

Ces expérimentations ont été obtenues avec une impression dans un hydrogel synthétique PEG DA (Poly Ethylène Glycol Diacrylate). L'impression a été réalisée sur une lamelle en verre fonctionalisée avec du MAPTMS (Amino Propyl Tri Methoxy Silane), plongée dans l'hydrogel synthétique. Test 1 (figure 8) : Structure en hydrogel imprimée sur un substrat de verre.

Encre : 50% PEG DA (Mw 700) 50% d'eau 0,0075% d'Irgacure 819 2% particules fluorescentes (diamètre 300 nm)

Distance séparant la face distale du substrat : 60μηι

Pression d'injection : 100 mbar

Pression d'aspiration : -150 mbar

Vitesse selon l'axe X : 0,1 mm/s

Puissance du laser : 4 mW

Résolution : 20μιη (largeur selon l'axe Y)

Longueur d'onde : 405 nm Dans le test 1, une ligne horizontale d'une hauteur de 60 μιη est tracée.

Test 2 (figure 9) : Structure en hydrogel imprimée sur un substrat de verre.

Encre : 50% PEG DA (Mw 700) 50% d'eau 0,0075% d'Irgacure 819 2% particules fluorescentes (diamètre 300 nm)

Distance séparant la face distale du substrat : 60μιη, 120μιη, 140μιη

Pression d'injection : 100 mbar

Pression d'aspiration -150 mbar

Vitesse selon l'axe X : 0,1 mm/s

Puissance du laser : 4 mW

Résolution : 50μιη (largeur selon l'axe Y)

Longueur d'onde : 405 nm Dans le test 2, trois lignes verticales sont tracées avec une distance séparant la face distale du substrat de 60 μηι.

Puis la face distale est positionnée à une distance de 120 μηι. Une première ligne horizontale est tracée.

La face distale est ensuite positionnée à une distance de 140 μιη. Une seconde ligne horizontale est tracée. Cet exemple permet de montrer qu'il est possible d'empiler des couches d'épaisseurs variables les unes sur les autres. En effet, les résultat obtenus sont particulièrement prometteurs et démontrent que les structures obtenues sont stables.

En effet, à l'intersection entre la première ligne horizontale et l'une quelconque des lignes verticales, l'empilement d'un premier étage et d'un deuxième étage est réalisée et la structure est stable.

Le même constat est fait en ce qui concerne la deuxième ligne horizontale. Test 3 (figure 10) : Structure en hydrogel imprimée sur un substrat de verre.

Encre : 50% PEG DA (Mw 700) 50% d'eau 0,0075% d'Irgacure 819 2% particules fluorescentes (diamètre 300 nm)

Distance séparant la face distale du substrat : 60μιη

Pression d'injection : 100 mbar

Pression d'aspiration -150 mbar

Vitesse selon l'axe X : 0,1 mm/s

Puissance du laser : 2 mW

Résolution : 20μιη (largeur dans le plan XY) Dans le test 3, la distance séparant la face distale du substrat est initialement de 60 μιη. Une première ligne oblique est tracée, sa longeur est de 1 mm et sa largeur de 30μιη.

La distance séparant la face distale du substrat est ensuite augmentée de 40μιη ce qui la porte à 100 μιη. Une deuxième ligne oblique d'une hauteur de 100 μιη est tracée, d'une longueur de 1 mm et d'une largeur de 40μιη.

La largeur augmente du fait de l'éloignement de la zone éclairante du substrat. Les rayons lumineux émis par la zone éclairante ne peuvent être parfaitement collimatés et présentent par conséquent une légère divergence.

Le test 3 permet d'illustrer qu'il est possible d'une part de tracer des lignes obliques et que ces structures sont stables lorsqu'elles sont empilées les unes sur les autres ainsi que ceci est visible au niveau du croisement de ces deux lignes.

Test 4 (figure 11) : Structure en hydrogel imprimée sur un substrat de verre.

Encre : 50% PEG DA (Mw 700) 50% d'eau 0,0075% d'Irgacure 819 1% particules fluorescentes (diamètre 300 nm)

Distance séparant la face distale du substrat : 60μιη

Pression d'injection : 100 mbar

Pression d'aspiration -150 mbar

Vitesse selon l'axe X : 0,1 mm/s

Puissance du laser : 10 mW

Résolution : 100 μιη (largeur dans le plan XY)

Le test 4 est réalisé avec une distance séparant la face distale du substrat de 170 μιη. Quatres lignes adjacentes sont tracées sur une longeur de 1 mm avec une largeur de 100 μιη. La hauteur de la face distale est augmentée de 100 μιη pour la porter à 270 μιη et deux lignes sont tracées uniquement sur le côté. (1 mm de longueur et 100 μιη de largeur)

Puis, on augmente à nouveau la distance de 150 μιη la portant à 420 μιη et deux lignes son tracées seulement sur le côté. (1 mm de longueur et 50 μιη de largeur)