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En 2013, intégrez l'électronique dès la fabrication

LUDOVIC FERY

Pour ajouter de la valeur aux produits, leur donner de l'intelligence en embarquant de l'électronique dès la production est une approche porteuse. Elle conduit les industriels à revoir leurs procédés. L'enjeu est d'éviter la perte de productivité. Voire d'écourter le temps de cycle, en recourant à de nouvelles machines.

Tendances, les objets communicants et autres matériaux intelligents ont les faveurs du marché. Pour transformer un produit en suivant cette voie, adapter la fabrication s'avère essentiel. Mais l'approche consistant à se contenter d'aménager les procédés existants comme l'extrusion, le moulage ou le tissage pour rendre possible la combinaison avec l'électronique induit un risque de surcoût et d'allongement des temps de cycle. Alternative prometteuse : la plastronique, qui passe par la création de nouvelles machines pour fabriquer des pièces hybrides, sans équivalent sur le marché. But : gagner en productivité, augmenter la valeur ajoutée ou miniaturiser.

Avant de se lancer, la première question à se poser est celle de la fonctionnalité que l'on souhaite ajouter à son produit. L'un des intérêts de l'activation laser (LDS), procédé de plastronique le plus mature industriellement, est de rendre possible la miniaturisation. En effet, elle transforme le packaging de l'électronique en support direct des composants, en dessinant à même la pièce plastique le circuit imprimé. En exploitant la configuration tridimensionnelle de la pièce, on peut intégrer plus de capteurs (diodes, gyroscopes, microphones, accéléromètres) que sur un plan linéaire. On doit par exemple à cette technologie la légèreté et la fonctionnalité de la Wiimote, ou l'augmentation du nombre d'options sur des accessoires de mobilité haut de gamme, tels l'intérieur des poignées de motos BMW.

Bien que moins matures industriellement, les techniques d'impression d'encres spéciales sont intéressantes pour intégrer à un support des dessins lumineux ou des modules photovoltaïques générant de l'électricité. Les rendements autorisent l'alimentation de petits appareils nomades ou la recharge électrique sur des accessoires d'extérieur, comme une tente, une veste ou un sac à dos. Elles présentent l'avantage d'être compatibles avec une large gamme de matériaux : plastique, papier, textile mais aussi métal ou verre. En France, des sociétés comme Ardeje ou Ceradrop mettent au point ce type d'imprimantes, dont la précision est de quelques microns. Des start-up telles Disa Solar ou Dracula Technologies commencent à les transférer.

 

Se rapprocher des centres de compétences

 

Une fois défini le besoin, trouver la technologie adaptée peut relever de la gageure, pour un industriel qui ne vient pas de l'électronique. Traçabilité, suivi de fabrication, production de courant, éclairage... Pour chaque fonction, il existe un panel d'options.

La meilleure stratégie consiste à se rapprocher de spécialistes de l'intégration d'électronique : des laboratoires de recherche publique, notamment le CEA. La PME Ryb a souhaité apporter plus de simplicité aux utilisateurs de ses canalisations en polyéthylène. Avec l'aide du CEA Leti, elle a sélectionné la technologie RFID, en revoyant la conception de l'antenne pour la rendre résistante aux températures de plus de 200 degrés sur la ligne d'extrusion du plasturgiste. Le bénéfice apporté aux ouvriers est la possibilité de détecter les canalisations dangereuses enterrées grâce à un simple lecteur, sans avoir à insérer des outils d'inspection dans le sol et sans difficulté d'interprétation des résultats.

Certains pôles de compétitivité ou centres techniques sont aussi compétents. Ainsi, le Pôle européen de la Plasturgie (PEP) s'est allié à la société LPKF pour transférer sa technologie LDS aux entreprises intéressées.

« Se rapprocher d'une plate-forme avec des moyens mutualisés permet de voir ce que l'on peut vraiment faire, au stade de la pré-série », conseille Fabien Boulanger, directeur du groupe micro-nano du pôle de compétitivité grenoblois Minalogic. S'il s'agit d'adapter un procédé existant, un industriel peut aussi s'adjoindre les services d'une start-up avec un savoir-faire particulier dans l'intégration d'électronique. La spin-off du CEA Leti, Primo'1D, maîtrise par exemple une technologie d'encapsulation des composants sur un fil conducteur, qui peut ensuite être combiné directement à une machine de production textile. « On peut envisager aussi d'autres formes qu'un fil, mieux conditionnées à l'outil de production », détaille Dominique Vicard, un des fondateurs de la start-up.

 

Adapter l'outil de production

 

Transférer les pratiques du monde de l'électronique vers un autre secteur industriel demande quelques adaptations. Ainsi, pour proposer ses conduites intelligentes, la société Ryb a investi plusieurs millions d'euros. La chaîne d'assemblage a notamment été repensée : les étiquettes RFID sont déposées et encodées en ligne à la surface du polyéthylène extrudé, avant d'être enrobées dans une couche protectrice plastique sur une deuxième extrudeuse, le tout sans perte de productivité. Si le procédé n'autorise pas de tels aménagements, changer entièrement de méthode peut se justifier. Ainsi, la technique LDS permet de réintégrer aux usines la fabrication et l'assemblage de l'électronique, plutôt que de la sous-traiter. Reste que le transfert industriel est cher et complexe. « L'activation laser nécessite de connaître le traitement de surface et la finition, car il y a des bains chimiques et les réactions sont difficiles à contrôler », souligne Romaric Thévenet, support technique chez Harting, qui utilise le LDS pour concevoir certains de ses connecteurs.

 

Rester à l'affût des optimisations

 

Les procédés étant relativement récents, leur marge d'amélioration est importante. En particulier pour l'augmentation de la cadence. Le LDS, au départ réservé aux petites séries, s'ouvre désormais aux moyennes et grandes séries. Et ce avec la mise sur le marché de nouvelles machines. La Fusion 6 000 est ainsi capable d'activer deux pièces par seconde. Quant à la Fusion 3D 1 500 de LPKF, réservée à la production d'antennes pour tablettes et smartphones, elle est compatible avec la production de millions de pièces par an. D'autres améliorations techniques sont en vue. « Nous travaillons sur la diminution de largeur des pistes pour miniaturiser davantage les pièces », souligne Maël Moguedet, responsable de l'activité plastronique au PEP.

L'électronique imprimée est aussi promise à un bel avenir. Le CEA s'est doté l'an dernier de la plate-forme Pictic, qui dispose de six technologies d'impression différentes en feuille-à-feuille, d'une taille maximale de 32 par 38 centimètres. Le but est de trouver des alternatives économiques au silicium pour fabriquer des circuits imprimés d'une faible complexité. « Cela concerne les applications qui utilisent des capteurs sur de grandes surfaces, par exemple les tableaux électriques ou des capteurs optiques pour le monde industriel », explique Frédéric Gaillard, qui supervise les activités «électronique imprimée» au sein de Pictic. Avec un industriel, la plate-forme met au point un procédé de prototypage complet pouvant faire appel à plusieurs techniques d'impression. L'activité a déjà donné naissance à une première start-up, Isorg, qui conçoit des photodétecteurs sur substrat plastique. L'industrialisation avec la construction d'une usine dédiée est prévue pour 2015.

Comment BMW a doublé le nombre d'options sur ses poignées de motos

LA SOCIÉTÉ Pour ses modèles K1300R et K1300S, le constructeur automobile BMW a souhaité repenser le design des comodos, les pièces situées à côté des poignées de motos. Celles-ci intègrent le klaxon, le démarreur, le clignotant et d'autres composants de commande. L'INTERVENANT La société allemande LPKF commercialise des machines de prototypage et de traitement des circuits imprimés. Elle se spécialise depuis quelques années dans le procédé d'activation laser LDS. Cette technologie est principalement utilisée dans le secteur des télécoms : Molex, Harting.

Impression de circuits à même le plastique

La structuration directe par laser (LDS), ou activation laser, consiste à dessiner un circuit électronique sur une pièce plastique moulée en trois dimensions. Le laser est programmé par CAO et oxyde sur son passage un additif contenu dans le polymère. Des bains successifs de cuivre, nickel et or rendent la piste conductrice et protègent le dépôt avant l'ajout des composants. Ce procédé est industrialisé par l'allemand LPKF.

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