Il faut habituellement plusieurs heures pour imprimer un objet en 3D de quelques centimètres. Des chercheurs de l’École polytechnique fédérale de Lausanne publiés dans Nature Communications ont ramené ce délai à quelques dizaines de secondes, voire moins pour les petits volumes. La technique qu’ils décrivent, baptisée HoloVAM, repose sur des hologrammes de lumière et chamboule les fondements de la fabrication additive.

Fini les couches : place au volume entier

Depuis ses débuts dans les années 1980, l’impression 3D fonctionne selon un principe invariable : construire un objet couche par couche. Qu’il s’agisse de fondre un filament plastique (FDM), de graver une résine avec un laser (SLA) ou de projeter des images lumineuses (DLP), le processus reste séquentiel. Chaque couche attend la précédente. Un objet de 200 couches prend au minimum le temps de 200 opérations.

La fabrication volumétrique casse cette logique de fond en comble. Plutôt que de solidifier le matériau couche par couche, elle projette de la lumière sous plusieurs angles simultanément. La résine photosensible, contenue dans un flacon cylindrique, polymérise là où la somme des doses lumineuses dépasse un seuil critique. L’objet entier apparaît d’un coup, sans aucune structure de support.

Les premiers travaux publiés dans Science en 2019 par Brett Kelly et ses collègues de l’Université de Californie à Berkeley avaient montré la faisabilité du concept, baptisé TVAM (Tomographic Volumetric Additive Manufacturing). Des objets de taille centimétrique se formaient en quelques dizaines de secondes, avec une résolution oscillant entre 50 et 80 microns. En 2020, l’équipe de Christophe Moser à l’EPFL avait publié dans Nature Communications une version haute résolution du même principe.

L’hologramme comme moteur de polymérisation

La contribution de l’EPFL publiée dans Nature Communications début 2025 franchit une nouvelle étape. Maria Isabel Álvarez-Castaño, Andreas Gejl Madsen et Christophe Moser remplacent les modulateurs d’amplitude classiques par un système de modulation de phase holographique, d’où le nom HoloVAM.

Dans les systèmes TVAM traditionnels, l’image lumineuse est formée en allumant ou éteignant des micro-miroirs (technologie DMD). Les motifs de projection sont majoritairement sombres, car ils correspondent à des sections de l’objet. Moins de 1 % de la lumière émise par la source atteint effectivement la résine. Le reste est perdu.

Avec HoloVAM, la modulation se fait sur la phase de la lumière, pas son amplitude. Tous les pixels du modulateur contribuent simultanément au motif final par interférence, dans le plan de Fourier. L’efficacité lumineuse grimpe radicalement, et la résolution atteint 31 microns, soit deux à trois fois plus fine que les systèmes TVAM précédents.

Autre avantage décrit par les chercheurs : la modulation holographique permet de modifier la forme du faisceau lumineux lui-même. En ajoutant une phase hélicoïdale, on génère un vortex optique capable de se propager à travers des matériaux diffusants, c’est-à-dire des résines chargées de particules ou des hydrogels biologiques. Une propriété absente des systèmes à amplitude, qui exigent des résines parfaitement transparentes.

GRACE : l’IA qui dessine en temps réel

En parallèle, une deuxième publication dans Nature début 2026 par Riccardo Levato et son équipe de l’Université de médecine d’Utrecht donne aux imprimantes volumétriques une forme d’intelligence contextuelle. Ce travail s’inscrit dans la même dynamique que les avancées récentes sur les interfaces cerveau-ordinateur, où l’IA apprend à lire et à répondre à la biologie en temps réel.

Ce système, baptisé GRACE (Generative, Adaptive, Context-Aware 3D Printing), combine impression volumétrique et vision par ordinateur. Avant d’imprimer, une feuille de lumière balaie le contenu du flacon de résine et cartographie en 3D ce qui s’y trouve : position des cellules vivantes, fibres, organites. Ces données alimentent en temps réel un algorithme qui génère automatiquement la géométrie à imprimer, adaptée au contenu existant.

La démonstration la plus frappante porte sur la bio-impression. GRACE peut créer des réseaux de canaux vasculaires qui rejoignent précisément chaque groupe de cellules dans un hydrogel, reproduisant la logique de vascularisation d’un tissu vivant. Le tout se fait, souligne Nature, en quelques secondes. En chirurgie reconstructrice ou en pharmacologie, cette capacité à construire des tissus fonctionnels à la demande représente un changement de paradigme.

Une revue publiée dans Nature Reviews Materials en 2025 par Paulina Nunez Bernal, Sammy Florczak et Riccardo Levato dresse l’inventaire des matériaux déjà compatibles avec l’impression volumétrique : acrylates, thiol-enes, composites céramiques, époxy, bio-encres à base de soie et hydrogels chargés de cellules. La palette s’élargit chaque année.

Aéronautique, électronique, médecine : les débouchés se précisent

La fabrication volumétrique rapide intéresse des secteurs très éloignés de la biologie. Dans l’aéronautique, les géométries complexes sans support structural permettent de réduire les étapes d’assemblage et les zones de soudure. Airbus finance depuis plusieurs années des projets de recherche sur l’impression rapide de pièces d’outillage, un marché où quelques heures gagnées sur un cycle de fabrication valent des millions.

Dans l’électronique, la résolution de 31 microns atteinte par HoloVAM ouvre la voie à l’impression de composants proches des limites actuelles de la photolithographie utilisée dans les semi-conducteurs. L’équipe de l’EPFL a montré la fabrication de micro-structures en hydrogel chargé de nanoparticules, avec des applications potentielles dans les capteurs et les dispositifs médicaux implantables.

Pour les pièces de rechange industrielles, l’enjeu est différent. Une machine volumétrique capable de reproduire une pièce métallique ou composite en quelques secondes transformerait la logistique des stocks. Un avion cloué au sol pour une pièce introuvable en entrepôt représente environ 150 000 euros de perte par heure pour un long-courrier, selon les estimations de l’industrie aéronautique.

Un marché encore embryonnaire, mais sous pression commerciale

L’impression 3D volumétrique reste confinée aux laboratoires de recherche. Aucun constructeur ne commercialise encore de machine basée sur HoloVAM à destination industrielle. La startup Readily3D, créée par des anciens de l’EPFL, proposait une première machine TVAM en 2022 destinée aux laboratoires pharmaceutiques, à environ 200 000 euros l’unité. Le passage à une production en série exige encore des travaux sur la stabilité des résines, la reproductibilité des impressions et la gestion thermique.

L’enjeu du prochain cycle de publications portera probablement sur la vitesse de calcul des hologrammes. Générer en temps réel les motifs de phase complexes nécessaires à HoloVAM demande une puissance de calcul substantielle, aujourd’hui assurée par des GPU haut de gamme. Avec les accélérateurs neuromorphiques en cours de développement, ce goulot devrait se réduire dans les prochaines années. Readily3D a annoncé une levée de fonds pour début 2026, signe que le secteur attire des capitaux. La prochaine étape que Moser et son équipe se sont fixée : descendre sous la barre de la seconde pour des objets centimétriques complets, horizon deux ans.

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Source : Nature Communications, Nature 2026, Nature Reviews Materials