La fabrication additive dans l’industrie électronique

Cet article a pour but d’éclairer sur le rôle que les composants imprimés en 3D peuvent jouer au sein de l’industrie électronique et de quelle façon la fabrication additive permet d’accélérer les processus de développement et de mise en production.
Electronic and mechanical components

Avec sa capacité à combiner différents matériaux en une seule impression, la fabrication additive (abrégée en AM, pour « Additive Manufacturing » en anglais) ouvre de nouvelles perspectives dans de nombreux champs d’application, l’électronique ne faisant pas exception à la règle.

Aujourd’hui plus accessibles et plus simples d’utilisation, les technologies d’impression 3D permettent de réaliser des prototypes plus rapidement, ce qui a pour effet d’accélérer les temps de mise sur le marché, tout en réduisant les coûts et en diminuant de façon substantielle la probabilité d’erreurs pouvant entraîner des problèmes en production.

Quand faut-il choisir l’impression 3D en électronique ?

Pour la fabrication à la demande

L’impression 3D permet de produire des pièces électroniques à la demande, avec des délais fixes et des échelles de coût maîtrisées, réduisant ainsi significativement les temps de conception et de lancement d’un produit. Le procédé permet de produire aisément des dispositifs, qu’ils soient nouveaux ou anciens, à l’aide de différents matériaux d’impression 3D, en quantité réduite et directement depuis l’inventaire numérique d’un fabricant ou un modèle CAO émis par un client.

C’est là le principal avantage, lequel aura pour effet d’apporter des transformations en profondeur de la chaîne d’approvisionnement pour les composants électroniques, en faisant notamment en sorte que les fabricants puissent répondre instantanément aux demandes de leurs clients.

Pour laisser plus de place à l’innovation et à la personnalisation

Au lieu d’utiliser toujours les mêmes schémas traditionnels de conception (souvent à cause de la complexité engagée dans une nouvelle géométrie plus efficace), les concepteurs auront une plus grande marge de manœuvre pour innover. Les technologies SLS et MJF sont bien adaptées, à la fois pour les formes complexes et pour la production en lots qui, jusqu’à il y a peu, constituait encore le talon d’achille de la fabrication additive. Comparé aux procédés de fabrication traditionnels, un lot de taille bien calibrée, qu’il s’agisse de boîtiers, de planches de connexion ou de tout autre article, pourra être produit très rapidement via la fabrication additive.

Un exemple : l’utilisation de l’impression 3D pour la fabrication de panneaux solaires permet aux concepteurs de s’affranchir de certaines règles habituellement en vigueur, aussi bien pour la structure externe que pour les circuits internes. Il en résulte une possible amélioration des performances des composants, un gain de place, une optimisation du poids et la possibilité de réaliser des géométries complexes et néanmoins précises.

3D printed parts used in the electronics industry
Pièces imprimées en 3D destinées à l’industrie électronique (Source : Cubicure)

Pour un prototypage plus rapide

La rapidité et la facilité que l’on associe généralement avec la fabrication additive en font un procédé idéal pour la réalisation rapide de prototypes. La technologie MJF (Multi jet fusion) est une option communément envisagée pour le prototypage car elle permet d’imprimer des pièces à des tarifs très raisonnables. 

La technologie FDM (dépôt de fil fondu) est la forme de fabrication additive la plus accessible et la moins coûteuse, et qui constitue une alternative parfaitement viable : en raison de sa simplicité d’usage et de ses matériaux bon marché, elle est souvent considérée comme le meilleur choix possible pour le prototypage. Comparé aux techniques traditionnelles, le procédé dans son intégralité est beaucoup moins onéreux, ce qui laisse davantage d’opportunités pour retravailler ses modèles et les analyser en un court laps de temps.

Pour pouvoir expérimenter avec de nouveaux matériaux

Les produits électroniques, comme les circuits imprimés, dépendent principalement de deux types de matériaux : un substrat isolant et des éléments conducteurs. De nouveaux matériaux polymères dotés d’une constante diélectrique plus basse, ainsi que des polymères semi-conducteurs, tous deux présentant des propriétés électroniques ajustables, ont été récemment adaptés pour ce genre d’usage. En les associant à l’impression 3D, ces matériaux avancés pourraient ouvrir de nouvelles possibilités en termes de conception et de développement de produit.

Printer printing onto a plastic surface
Impression 3D électronique au sein d’un substrat plastique (Image : Technocrazed)

Pour avoir des pièces avec un bon état de surface

Les technologies comme la stéréolithographie ou DLS de Carbon font usage de résines dont la nature fluide permet d’obtenir un bon grain de surface. Elles présentent d’autres propriétés, comme une bonne élasticité et une résistance à l’eau, qui peuvent s’avérer appréciables dans les dispositifs électroniques contemporains (comme les téléphones pliables ou les appareils étanches). Ces deux technologies sont à regarder en priorité si vous avez besoin de précision et si vous avez affaire à des tolérances strictes. 

Les prototypes fonctionnels et de haute définition font également partie du champ d’application des technologies SLA et Carbon.

Bénéfices de la fabrication additive dans l’industrie électronique

Des modèles de conception soignés et optimisés

Le modèle étant d’abord généré sur ordinateur avant d’être imprimé, la marge d’erreur est relativement réduite. 

Dans le cadre d’un processus plus conventionnel, le circuit électronique est monté sur la partie mécanique une fois celle-ci achevée. Mais dans la fabrication additive, le circuit est imprimé en même temps que la partie mécanique, avec la possibilité de l’encapsuler dans cette dernière afin de le protéger contre les agressions extérieures. Une petite antenne pour un téléphone portable, par exemple, pourra être imprimée directement dans le téléphone en question.

Des impressions sur des surfaces non planes

Des composants électroniques comme des PCB, peuvent être imprimés très simplement sur des surfaces non planes, ce qui n’est pas possible avec les méthodes conventionnelles. De la même façon, on peut tout à fait intégrer la partie électronique directement dans des éléments portables, créer des capteurs sur des surfaces souples, des bandes de mesure glycémique, des prothèses et des batteries personnalisables. 

Flexible PCB
PCB flexible (Image : Instructables)

Des dispositifs sur mesure et des batteries imprimées en 3D pourraient dépasser en performances les dispositifs classiques, notamment en raison du fait que leur forme et leur taille sont calibrées au plus près pour un produit et une fonction précise, ce qui permet d’en optimiser les performances.

Plus de légèreté et moins de déchets

L’un des principaux avantages de l’impression 3D, c’est sa propension à générer moins de déchets que les procédés soustractifs habituels. C’est aussi vrai dans le cas de l’électronique : l’impression 3D réduit le besoin en connexions filaires et en circuits superflus. De plus, l’impression de ce composants électroniques permet de condenser les étapes de production en une seule, ce qui simplifie grandement les assemblages.

Élimination des rejets chimiques nocifs

La gravure du cuivre (le procédé dans lequel on retire le cuivre pour façonner les pistes sur un PCB) nécessite l’utilisation de produits chimiques particulièrement agressifs et nocifs. Grâce à la fabrication additive, on peut se passer de cette étape en déposant les pistes directement, sans autres manipulations additionnelles.

Conclusion

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