Bibliographie & annexes
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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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Lire l’articleAuteur(s)
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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
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Damien PAULET : Professeur agrégé de Génie mécanique - Grenoble INP-UGA, IUT1 Grenoble – Département Génie mécanique et productique, Grenoble, France
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Denis CURTIL : Ingénieur de Recherche, Génie des procédés - Association de Gestion de l’École Française de Papeterie et des Industries graphiques (Agefpi), Grenoble, France
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Quoc-Bao DUONG : Ingénieur - Grenoble INP-UGA, Smart Grenoble Alpes (ex AIP Primeca), Grenoble, France
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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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Outils mis en œuvre
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2. Matériaux pour les objets plastroniques
La technologie additive d’impression directe sur thermoplastiques implique l’utilisation d’encres conductrices nécessitant un recuit. Ce dernier induit une élévation de température qui peut être néfaste pour le substrat. Il est donc nécessaire de caractériser le couple {substrat + encre} utilisé pour l’objet plastronique fabriqué.
2.1 Substrats
Les polymères sont généralement utilisés pour la fabrication des MID ; ils peuvent être classés en trois groupes :
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les polymères thermodurcissables ;
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les polymères élastomères ;
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les polymères thermoplastiques.
Les polymères thermodurcissables sont constitués d’un mélange de monomères et d’un amorceur. Un apport d’énergie thermique ou photochimique permet d’activer l’amorceur et de déclencher une réaction de polymérisation en chaîne des monomères créant des liaisons chimiques covalentes. Cela aboutit à un réseau réticulé à trois dimensions. Une élévation de température ne permet pas de revenir à l’état initial, le matériau devenant insoluble et infusible.
Les polymères élastomères peuvent être considérés comme des thermodurcissables ayant un faible degré de réticulation, c’est-à-dire de très longues chaînes polymères entre les nœuds du réseau réticulé. Les forces de cohésion entre ces chaînes sont faibles de sorte qu’elles peuvent se déplacer de manière réversible sous l’effet d’une force appliquée. Cela explique le comportement mécanique déformable de ces matériaux.
Les polymères thermoplastiques deviennent quant à eux malléables lorsqu’ils sont chauffés. Ils sont constitués uniquement de chaînes polymères ayant des interactions faibles. Ces interactions sont dissociées sous l’effet de la chaleur lorsque la température du matériau dépasse la température de transition vitreuse (T v). Au-delà de cette température, les chaînes peuvent être mises en mouvement sous l’effet d’une force appliquée, ce qui permet de mettre en forme des objets.
Il est possible de classer les polymères thermoplastiques en fonction de la composition chimique de leur unité monomère,...
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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.
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Clayens NP
Henkel
LPKF Laser & Electronics AG
Optomec
https://optomec.com/printed-electronics/aerosol-jet-printers/aerosol-jet-5x-system/
Poly IC
Stäubli
https://www.staubli.com/ch/fr/robotics/produits/robots-industriels/tx2-60.html
S2P – Smart Plastic Products
Tactotek
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