Les spécifications machines

La plaque de qualification a été réalisée suivant les deux procédés de fabrication additive polymère étudiés : la stéréolithographie et la FDM. Dans les deux cas, elle a été imprimée suivant les procédés d’impression standards détaillés dans le chapitre II.1. Suite à sa fabrication, une caractérisation morphologique et dimensionnelle a été effectuée par microscopie optique (Keyence VHX5000). Cette caractérisation a permis d’identifier les limites en termes de faisabilité et de résolution, de l’équipement et du procédé associé.

v Stéréolithographie

Après la création CAO de la plaque de qualification, nous avons transféré le fichier dans le logiciel Magics (interface de la machine de stéréolithographie) afin d’imprimer la pièce. Ensuite, un suivi visuel de la plaque s’effectue durant le procédé de fabrication. La pièce finie obtenue est illustrée sur la Figure III-2.

A la fin du procédé d’impression, la plaque doit être retirée de la plateforme et nettoyée manuellement. Ces deux étapes du procédé peuvent endommager les motifs fins et fragiles comme l’illustre la Figure III-3. Nous remarquons le « voilage » du dernier motif parois (I), les déformations et fractures des motifs (F, G) ainsi que la mauvaise évacuation de la résine dans des canaux (cubes percés).

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a. b. c.

Figure III-3 : Vue de dessus des motifs : a. parois les plus fines déformées ; b. tubes avec déformation ; c. cubes percés avec canaux bouchés (à droite)

Le Tableau III-2 met en parallèle les plus petites dimensions visées et celles obtenues pour chaque motif. Les observations visuelles commentent les défauts observés sur les plus petits motifs s’ils ne sont pas conformes aux dimensions attendues. Grâce aux informations relevées, les motifs critiques sont identifiés. En effet, avec l’imprimante de stéréolithographie nous obtenons sans déformation des motifs d’épaisseur minimum 120 µm (±10µm), des porte à faux de 30°(±1°) ainsi que des trous d’environ 230 µm (±10µm) de diamètre. Ces dimensions permettent de faire un packaging d’au moins 0.5 mm², pouvant correspondre à un packaging de microélectronique.

-119- Motifs dimension visée Plus petite

(mm) Plus petite dimension obtenue (mm) Observations visuelles Tours inclinées (A) α : 30° α : 30° Conforme aux _objectifs

Cylindre (B) Diamètre : 0.3 0.38 ± 0.01 Conforme aux _objectifs

¼ de sphère creuse (C) Diamètre : 0.5 Epaisseur parois : 0.2 Diamètre : 1.16 ± 0.01 Epaisseur parois : 0.6

Sur les motifs plus fins le haut du motif

s’effondre ¼ de sphère (D) Diamètre : 0.1 0.47 ± 0.01 Conforme aux _objectifs

Trous (E) Diamètre : 0.05 0.23 ± 0.01 Les trous plus fins _{sont bouchés} Tubes (F) Epaisseur parois _{: 0.05} 0.13 ± 0.01 Déformation des _{tubes plus fins}

Murs (G)

Epaisseur parois : 0.05 Hauteur : 3 Longueur : 10

0.36 ± 0.01 Casse des parois _fines

Interlignes (H) Largeur : 0.05 0.21 ± 0.01 Casse des parois _fines

Parois (I)

Largeur : 0.05 Hauteur : 10 Longueur : 10

0.12 ± 0.01 (voilage) des parois Déformation fines

Cubes percés (J) Diamètre du _{trou : 0.1} 2 ± 0.01 Les trous plus fins _{sont bouchés} Base carré (k) 80x80x3 (XYZ) 80x80x3 Conforme aux _objectifs

Tableau III-2 : Résultats des caractérisations morphologiques de la plaque de qualification réalisée par stéréolithographie

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v Fil fondu

Après la création CAO de la plaque de qualification, nous avons transféré le fichier dans le logiciel Insight (interface de la machine FDM) afin d’imprimer la pièce. Lors de l’étape de découpage de la pièce, les motifs aux dimensions les plus critiques (inférieurs à 300 µm hors trous) ont été supprimés par le logiciel, car irréalisables par la machine de FDM (en dessous de la plage de résolution de la machine configurée dans le logiciel). Cette étape révèle donc une première limite technologique pour la FA par fil fondu.

La pièce a ensuite été imprimée suivant le procédé standard présenté dans le chapitre II.1.2. La caractérisation visuelle de la plaque finie sur la Figure III-4 met en évidence l’absence de motifs tels que les cylindres et les ¼ de sphères (B, C, D). En effet, les dimensions ainsi que la géométrie de ces motifs sont trop critiques pour être obtenues (dimensions en dessous des limites de résolution de la machine, géométries trop complexes, etc.). Nous pouvons donc relever une deuxième limite liée au procédé. La Figure III-5 résume l’impact des limites de la machine (configuration logiciel et résolution machine).

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Figure III-5 : Schéma mettant en évidence les motifs supprimés par la configuration du logiciel utilisé, puis non imprimés à cause des dimensions critiques (trop

faibles)

Le Tableau III-3 résume les résultats obtenus grâce à la caractérisation morphologique de la plaque de caractérisation. Il met en avant les plus petites dimensions réalisables sur la machine FDM que nous avons utilisée durant la thèse. Comme précédemment les dimensions obtenues dépendent de la géométrie du motif. Dans l’ensemble, la dimension minimum réalisable sur une structure imprimée par FDM est de 300 µm (±10 µm) (diamètre du fil polymère ABSplus).

La plaque de qualification nous a permis de définir les limites en résolution sur les axes x et y des machines de FA polymère utilisées au cours de cette thèse. De plus, les résultats ont montré des limites technologiques sur les deux machines. Nous noterons en particulier une limite dimensionnelle à 120 µm (±10 µm) pour la stéréolithographie, ainsi qu’une fragilité des motifs critiques pour les étapes manuelles (extraction de la pièce et nettoyage). La FDM quant à elle est limitée par son logiciel, mais aussi par sa capacité d’impression minimale constatée à 300 µm (±10 µm).

Motifs Plus petite dimension demandée (mm) Plus petite dimension obtenue (mm) Observations visuelles Tours inclinées (A) α : 30 ° α : 30 ° Conforme aux _objectifs

Cylindre (B) Diamètre : 0.3 1.10 ± 0.01 Les plus petits motifs n’ont pas été imprimés

-122- ¼ de sphère creuse (C) Diamètre : 0.5 Epaisseur parois : 0.2 Echec pour tous les motifs

-Impression des premières couches

seulement -Les plus petits motifs

n’ont pas été imprimés

¼ de sphère (D) Diamètre : 0.1 1.00 ± 0.01

-la buse d’impression ne coupe pas le fil à la

bonne dimension -Les plus petits motifs

n’ont pas été imprimés Trous (E) Diamètre : 0.05 1.00 ± 0.01 Les plus petits trous _{sont bouchés} Tubes (F) Epaisseur parois : _0.05 0.30 ± 0.01 Pas de variation _{d’épaisseur}

Murs (G) Epaisseur parois : 0.05 Hauteur : 3 Longueur : 10 Non essayé -

Interlignes (H) Largeur : 0.05 0.92 ± 0.01 d’épaisseur pour les Pas de variation petits motifs Parois (I) Largeur : 0.05 Hauteur : 10 Longueur : 10 0.60 ± 0.01

-extrémité parois plus épais que le centre -Les plus petits motifs

n’ont pas été imprimés Cubes percés (J) Diamètre du trou _{: 0.1} 0.20 ± 0.01 Les plus petits trous _{sont bouchés}

Base carré (k) 80x80x3 (XYZ) 80x80x3 Conforme aux _objectifs

Tableau III-3 : Résultats des caractérisations morphologiques de la plaque de qualification réalisée par FDM

-123- Dans notre étude, nous pouvons voir que l’impression par stéréolithographie permet d’approcher au mieux les dimensions nécessaires au packaging de composants électroniques.

Les limites du procédé FDM dépendent de la machine et du logiciel utilisé. D’autres machines permettraient peut être d’avoir des résultats différents.

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III.2.Etude des matériaux

Dans cette partie, nous allons étudier l’ensemble des matériaux utilisés pendant ces travaux de thèse. De plus, nous cherchons dans le cadre de notre étude, à comprendre quels sont les mécanismes physiques et chimiques mis en jeu lors de l’adhésion du polymère sur un substrat. Pour cela, nous avons étudié dans la littérature la composition de l’ABS puis nous l’avons caractérisé après polymérisation afin d’étudier ses propriétés mécaniques. De plus, pour dissocier les mécanismes physiques des mécanismes chimiques impliqués dans le phénomène d’adhésion, nous avons testé différentes plaques, avec des variantes de dépôts et/ou de texturation. Enfin, la rugosité de surface et la mouillabilité avec la résine ABS, ont été caractérisées pour permettre d’analyser les comportements du polymère sur les différents substrats.

III.2.1.Le polymère Acrylonitrile Butadiène Styrène