Article

1 - DOMAINES D’APPLICATION DE LA PLASTRONIQUE

2 - MATÉRIAUX POUR LES OBJETS PLASTRONIQUES

3 - OUTILS MIS EN ŒUVRE

4 - MÉTHODES MISES EN ŒUVRE

5 - LIMITES ET ATOUTS DU PROCÉDÉ

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

8 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : AM3617 v1

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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ABSTRACT

3D-MID by Direct Printing

In 3D-MID, mechanical and electronical functions are closely linked. Challenges are numerous to miniaturize devices that allows to optimize their functionalities and to reduce their weight. Direct printing on 3D objects with a 6-axis robot is presented in this article. This disruptive technology allows the object personalization by adapting to any piece of 3D shape. Different printing head technologies – bead deposit and droplet deposit – are described. The potential of carried out processes is demonstrated by giving a synthesis of their limitations and advantages through examples of realizations.

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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KEYWORDS

drop deposit   |   3D printing   |   6-axis robot   |   bead deposit

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am3617


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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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