FONCTIONNALISATION PLASTRONIQUE DE POLYMERES ET COMPOSITES A TRES HAUTES PERFORMANCES IMPRIMES EN 3D – SAPRISTI

Initialement prévue pour le prototypage rapide, la Fabrication Additive (FA) se développe désormais dans la production de petites séries de dispositifs finaux. Elle séduit des secteurs de pointe comme l’aéronautique, la défense, les équipements industriels ou le médical, qui sont des domaines où la production de masse n’est pas prioritaire.

Pourtant, les besoins dépassent la seule fonction mécanique. De nombreux dispositifs intègrent également de l’électronique constituée de circuits imprimés. Il est désormais courant de disposer ces circuits dans des capotages obtenus par FA. L’assemblage, le câblage et les interconnexions peuvent constituer des points de faiblesse ; Les cas les plus complexes (espace contraint, environnement extrême, gestion thermique à assurer, intégration d’antennes ou d’optiques...) restant problématiques. Pour les applications exigeantes, il est essentiel de développer une méthode de fonctionnalisation électronique permettant de tirer pleinement parti du potentiel offert par la fabrication additive.

Le projet Sapristi vise à développer un procédé innovant de plastronique appliqué à des matériaux thermoplastiques et composites haute performance imprimés en 3D. L’objectif est de réaliser des circuits électroniques sur des surfaces tridimensionnelles, avec des caractéristiques électriques comparables aux circuits imprimés plans sur FR4. L’impression 3D, au cœur du projet, offrira des avantages majeurs : production à la demande, coût fixe par pièce (sans outillage) et fabrication de formes complexes.

Les matériaux ciblés sont des thermoplastiques à haute performance (PolyEtherImide et PolyArylEtherCétone) reconnus pour leur robustesse mécanique, leur résistance thermique, leur tenue chimique et leur comportement en conditions extrêmes. Un composite à base de polyamide avec charge de fibres courtes de carbone sera également mis en œuvre. Imprimé avec des renforts longs, il alliera légèreté et performances mécaniques, proches de l’aluminium en termes de rapport masse/résistance.

Pour ce qui concerne la plastronique, Sapristi proposera un procédé original combinant métallisation chimique (electroless) et électrodéposition, qui permettra de déposer une épaisseur de cuivre d’au moins 100 µm. Ce procédé polyvalent sera applicable à une large gamme de polymères, y compris ceux inertes chimiquement. Conçu dans une démarche écoresponsable, il permettra de produire des dispositifs offrant des performances électriques comparables à celles des circuits imprimés sur FR4, notamment en termes de conductivité et d’adhérence des pistes. Un procédé industriel de brasage des composant sera mis en œuvre, avec des options de finition (type ENIG) et de protection des circuits. Contrairement au FR4, la nature thermoplastique des substrats facilitera leur désassemblage et valorisation en fin de vie.

Le projet relèvera les défis suivants :
1) Maîtriser de l’impression 3D de composites et thermoplastiques à haute performance ;
2) Optimiser les post-traitements pour améliorer l’état de surface des substrats imprimés, réduire leur porosité surfacique et faciliter la métallisation par voie humide ;
3) Maitriser l’adhésion des dépôts métalliques à partir d’une meilleure connaissance des mécanismes d’adhésion ;
4) Développer un procédé de métallisation performant et respectueux de l’environnement.

Ce projet pluridisciplinaire d’une durée de deux ans réunit les laboratoires AMPERE et IMP de l’INSA de Lyon, partenaires de longue date en plastronique. Il bénéficiera des équipements de la plateforme Plastronique d’AMPERE et des plateaux techniques d’IMP.

Fort d’un socle scientifique solide basé sur un travail préliminaire important, Sapristi prévoit d’atteindre le TRL 4 et de réaliser quatre démonstrateurs. Ses résultats répondront à des enjeux scientifiques, technologiques et environnementaux majeurs. Le déploiement de cette technologie, intrinsèquement duale, à un TRL supérieur sera envisagé dès la fin du projet.