23.09.2022 - Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA)

Plastiques sous tension

Les capteurs et les orthèses sont des domaines d'application possibles.

Jusqu'à présent, il n'était pas possible de fabriquer de manière additive des capteurs et d'autres dispositifs électroniques en une seule opération. C'est pourtant ce qu'a réussi à faire une équipe de recherche de l'Institut Fraunhofer pour les techniques de fabrication et l'automatisation IPA. La clé de cette réussite ? Des plastiques conducteurs.

Dans le cadre du projet de recherche "Intégration de fonctions électroniques dans des composants fabriqués de manière additive", les chercheurs du Centre pour les technologies de fabrication additive du Fraunhofer IPA ont réussi à utiliser une imprimante 3D pour produire des capteurs de proximité inductifs de n'importe quelle forme, bien que le processus d'impression ait dû être interrompu à plusieurs reprises afin de poser les pistes conductrices dans le boîtier.

Par conséquent, dans la deuxième phase du projet, l'équipe de recherche de Stefan Pfeffer s'est associée au fabricant de machines de transformation des matières plastiques Arburg pour étudier quels plastiques conducteurs pourraient être utilisés à la place de l'argent ou du cuivre. À cette fin, les chercheurs ont expérimenté différents élastomères thermoplastiques (TPE). Il s'agit de plastiques flexibles qui peuvent être transformés lorsqu'ils sont chauffés. Les TPE sont conducteurs si, par exemple, ils contiennent une quantité suffisante de particules de noir de carbone. L'équipe de recherche a d'abord cherché le TPE présentant la résistance électrique la plus faible, car plus la résistance est faible, plus le nombre d'applications potentielles est élevé.

Test d'endurance des élastomères thermoplastiques

M. Pfeffer et son équipe ont ensuite soumis le matériau sélectionné à une série de tests approfondis : Ils l'ont exposé à la chaleur et au froid pour tester l'évolution de sa résistance électrique. Ils ont fait passer du courant à travers le matériau à des tensions de plus en plus élevées jusqu'à ce que les pistes conductrices soient brûlées. Ils ont étiré le TPE pour savoir jusqu'à quel point il reprendrait sa forme initiale et comment la conductivité diminuerait progressivement sous tension. Ils ont fait vieillir artificiellement le matériau pour voir comment cela affectait la conductivité et ils l'ont exposé aux éléments sur un toit plat pendant un an pour découvrir comment le TPE vieillit et comment ses propriétés changent au cours de ce processus.

Les recherches ont également porté sur la question des réglages à effectuer sur le "freeformer", le système industriel de fabrication additive d'Arburg, pour minimiser la résistance électrique du matériau et pour tester si l'orientation de l'impression (horizontale ou verticale) affecte la conductivité des composants imprimés.

Capteurs et orthèses sont des domaines d'application possibles

Pour remplir son rôle, le TPE conducteur doit être noyé dans un autre thermoplastique aux propriétés isolantes pendant l'impression. Le nœud du problème est que les deux plastiques doivent être liés - idéalement, il ne devrait pas être possible de les séparer par la suite - mais ils ne doivent pas non plus s'étaler pendant le processus d'impression. Dans le cas contraire, sans une séparation claire entre les matériaux conducteurs et isolants, il existe une réelle probabilité de déclencher un court-circuit. L'équipe de recherche de M. Pfeffer a également résolu la question de savoir comment installer au mieux les composants électroniques tels que les LED, les résistances ou les microcontrôleurs pour qu'ils puissent entrer en contact avec la piste conductrice imprimée en TPE.

"Les pistes conductrices en TPE à base de noir de carbone sont peu coûteuses à produire", explique M. Pfeffer, "mais elles ne pourront pas remplacer les pistes conductrices soudées en raison de leur moins bonne conductivité globale." Malgré cela, il existe encore un certain nombre de domaines d'application intéressants. Par exemple, les capteurs capacitifs tels que les interrupteurs tactiles ou les jauges de niveau sont des options potentielles, tandis que les tapis chauffants ou les orthèses qui libèrent de la chaleur à certains points du corps pour favoriser la guérison offrent d'autres possibilités. "Vous pourriez également équiper les ventouses des robots de pistes conductrices en TPE afin de surveiller l'usure du matériau. Plus la résistance est élevée, plus la pince est usée."

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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