2.1 - Substrats

Tableau 1 - Températures de transition vitreuse de substrats plastiques et coût [...] Tableau 2 - Température de transition vitreuse, rugosité et énergie de surface [...]
2.2 - Encres

Tableau 3 - Données sur l’encre Electrodag 418SS (d’après fiche de données [...]

3.1 - Robot

Tableau 4 - Spécifications du robot requises pour imprimer des pistes [...]
3.2 - Têtes d’impression

Tableau 5 - Récapitulatif des paramètres variables de la tête d’impression eco-PEN300 Tableau 6 - Récapitulatif des paramètres variables de la tête d’impression Nordson Tableau 7 - Récapitulatif des paramètres variables de la tête d’impression Vermes Tableau 8 - Influence de la distance d’impression d print de la tête Vermes [...] Tableau 9 - Paramètres d’impression de la tête Vermes permettant une impression robuste Tableau 10 - Caractéristiques de gouttes indépendantes imprimées avec le jeu [...] Tableau 11 - Caractéristiques minimales des lignes permettant de réaliser [...] Tableau 12 - Technologies des têtes d’impression mises en œuvre pour imprimer [...]
3.3 - Méthodes de localisation de pièces

Tableau 13 - Rôle des différents appuis pour le positionnement isostatique d’une [...] Tableau 14 - Synthèse des méthodes de positionnement possibles selon la tête [...]
3.4 - Cellule d’impression

Figure 24 - Cellule d’impression

4.1 - Pilotage du robot

Tableau 15 - Schéma de principe et description des différents repères à considérer [...] Tableau 16 - Programme permettant de réaliser l’antenne imprimée de la figure 29
4.2 - Trajectoires et stratégies d’impression optimisées

Tableau 17 - Codage de l’impression associée à la figure 37b
4.3 - Contrôle de la tête d’impression par le robot
4.4 - Recuit des pistes imprimées
4.5 - Caractérisation des pistes imprimées

5 - LIMITES ET ATOUTS DU PROCÉDÉ

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

8 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Bibliographie & annexes

Article de référence | Réf : AM3617 v1

Limites et atouts du procédé
Technologie plastronique par impression directe

Auteur(s) : Nadège REVERDY-BRUAS, Damien PAULET, Denis CURTIL, Quoc-Bao DUONG, Nicolas LETERRIER

Date de publication : 10 juil. 2023

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RÉSUMÉ

Dans les objets plastroniques, les fonctions mécaniques et électroniques sont étroitement mêlées. Les défis sont nombreux pour miniaturiser les dispositifs, ce qui permet d’optimiser leurs fonctionnalités et réduire leur masse. L’impression directe sur objets 3D avec un robot 6 axes est présentée dans cet article. Cette technologie en rupture permet la personnalisation d’objets en s’adaptant à chaque pièce de forme tridimensionnelle. Différentes technologies de têtes d’impression – dépôt de cordons et dépôt de gouttes – sont décrites. Le potentiel des procédés mis en œuvre est démontré en dressant une synthèse de leurs limites et avantages à travers des exemples de réalisations.

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Auteur(s)

Nadège REVERDY-BRUAS : Maître de Conférences, Génie des procédés - Grenoble INP-UGA, Pagora – École Internationale du papier, de la communication imprimée et des biomatériaux/LGP2 – Laboratoire de Génie des procédés pour la bioraffinerie, les matériaux bio-sourcés et l'impression fonctionnelle, Grenoble, France
Damien PAULET : Professeur agrégé de Génie mécanique - Grenoble INP-UGA, IUT1 Grenoble – Département Génie mécanique et productique, Grenoble, France
Denis CURTIL : Ingénieur de Recherche, Génie des procédés - Association de Gestion de l’École Française de Papeterie et des Industries graphiques (Agefpi), Grenoble, France
Quoc-Bao DUONG : Ingénieur - Grenoble INP-UGA, Smart Grenoble Alpes (ex AIP Primeca), Grenoble, France
Nicolas LETERRIER : Customers Innovation & ONE Labs global VP Innovation & Technology Energy Management Business - Schneider Electric, Eybens, France

INTRODUCTION

La plastronique se développe à la convergence de la plasturgie et de l’électronique. Cette technologie consiste à fonctionnaliser, par de l’électronique, des pièces plastiques 3D. Les applications sont ainsi nombreuses et se retrouvent dans les secteurs des télécommunications, de l’automobile, de l’aéronautique et du médical notamment.

Un dispositif plastronique (Molded Interconnect Device, MID ou 3D-MID) est un objet qui incorpore un motif conducteur d’électricité et intègre des fonctions mécaniques et électroniques. Les pistes conductrices sont intégrées à l’objet 3D ce qui permet une meilleure imbrication des différentes fonctions (mécanique, électronique, optique…). Les avantages sont nombreux et il convient de souligner, parmi les plus importants, le gain de place et de masse dû notamment à la densité d’intégration.

Plusieurs méthodes de fabrication peuvent être mises en œuvre pour fabriquer un dispositif plastronique. Certaines ont atteint un niveau de maturité permettant leur industrialisation, telle que la structuration laser directe (Laser Direct Structuring, LDS). D’autres sont en cours de développement. Toutes les méthodes mises en œuvre nécessitent la compréhension de la chimie et de la mécanique des matériaux, des outils de création des dispositifs fonctionnels et des procédés de fabrication. La plastronique se trouve ainsi à la convergence de plusieurs disciplines complémentaires.

La technologie présentée dans cet article est un procédé émergent, de rupture, qui permet d’imprimer directement sur des objets thermoplastiques de forme quelconque. Les avantages et les limites liés au procédé sont exposés ainsi que le potentiel offert. Des exemples de dispositifs 3D fonctionnalisés montrent qu’il est possible, par exemple, d’imprimer des antennes fonctionnelles sur des demi-sphères. En outre, de nombreuses voies de développement et de caractérisation sont encore à explorer notamment en ce qui concerne les résolutions atteignables, la conception de circuits en 3D, la mesure des propriétés électriques sur dispositifs 3D et le vieillissement des dispositifs.

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5. Limites et atouts du procédé

L’impression directe sur objets 3D à l’aide d’un robot 6 axes permet de concevoir des dispositifs plastroniques fonctionnels. Les résolutions obtenues, les limites et les avantages de plusieurs technologies de têtes d’impression positionnées sur le robot sont récapitulés dans le tableau 18.

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - FRANKE (J.) - Three-Dimensional Molded Interconnect Devices (3D-MID) Materials, Manufacturing, Assembly, and Applications for Injection Molded Circuit Carriers. - Hanser Publications (2014).
(2) - LPKF - Three-Dimensional Circuits – LPKF LDS : Laser Direct Structuring for 3D Molded Interconnect Devices. - https://www.lpkf.com/en/industries-technologies/electronics-manufacturing/3d-mids-with-laser-direct-structuring-lds
(3) - HUSKE (M.) et al - Laser supported activation and additive metallization of thermoplastics for 3D-MIDS. - Proceedings of the 3rd LANE, Erlangen, Germany (2001).
(4) - TAMARI (A.) - * - . – https://resources.altium.com/fr/p/what-are-molded-interconnect-devices-or-mids, Créé : March 30, 2017, Mise à jour : December 17 (2020).
(5) - * - https://www.molex.com/molex/capabilities/mid__lds_technology.