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Dossier Les exploits de la micromécanique

La fabrication de micro produits ne cesse de surprendre. De microcomposants aux micromécanismes, les solutions innovantes se multiplient. En attendant les premières micro usines...
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Poussée par les besoins de plus en plus importants de l'industrie, la micromécanique est en effervescence. Les quelques exploits que nous présentons dans ce dossier l'illustrent. Mais ce n'est qu'une petite partie de ce qui se prépare dans les différents centres européens de recherche appliquée dans le domaine de la micromécanique.


Berceau de cette industrie - et capitale du pôle de microtechniques -, Besançon compte une kyrielle de structures dédiées. La maison des microtechniques par exemple, située dans le technopôle Temis,  dispose entre autres, d'une salle blanche de 350 m2 et d'un centre consacré aux nouvelles technologies d'usinage. L'incubateur de Franche-Comté pour sa part a déjà donné naissance à trois entreprises dans ce domaine.

En plein développement, le parc d'activités Temis abrite également l'Institut Femto-ST (Franche-Comté électronique, mécanique, thermique et optique- sciences et technologies). Ce dernier fédère cinq laboratoires de l'Université de Franche-Comté, de l'Université de technologie de Belfort-Montbéliard et de l'Ensmm (Ecole nationale supérieure de mécanique et des microtechniques) qui sont associés au CNRS et collaborent avec le Laboratoire européen en Suisse.


Superbement équipé, l'Institut possède une panoplie quasi complète de moyens de microfabrication : usinage par faisceau d'ions focalisé (FIB), usinage chimique, photolithographie, etc. Des moyens qui ont permis à ses ingénieurs de développer dès 2003 les premiers mouvements horlogers intégrés sur le silicium.

Aujourd'hui, l'Institut est engagé avec le pôle de microtechniques dans plusieurs projets innovants, comme Ultrasur qui se propose d'étudier le vieillissement d'origine thermique et mécanique. Le but : concevoir des transducteurs ultrasonores de haute intensité plus fiables destinés à la thérapie cellulaire et au traitement de surface sélectif. Autre projet, Dionysos vise le développement de nouvelles structures de transducteurs à ondes de surface pour les filtres RF destinés à la téléphonie sans fil.


L'Institut travaille étroitement avec le Centre de transfert des micro et nanotechnologies (CTMN). Créée depuis deux ans, cette plate-forme dédiée aux microtechniques réalise des microcomposants et des micromécanismes qui seront produits à grande échelle et met ces technologies à la disposition des industriels. Les entreprises, surtout les PME qui ont peu de moyens, profitent ainsi du potentiel technologique et humain de haut niveau du Centre.


La micromécanique est aussi scrutée avec minutie au Laboratoire d'automatique (LAB) de l'Institut de productique de Besançon dont les équipes  travaillent d'arrache-pied à la mise au point de nouvelles solutions. Des recherches menées en collaboration avec des industriels, comme le projet de microassemblage. Il a réuni pendant quatre ans plusieurs spécialistes du domaine comme Festo. 
Eléments indispensables pour ces applications de micromécanique, les microactionneurs sont sous la loupe du groupe « microrobotique » du LAB. «La fonctionnalité majeure d'un microrobot est de générer des mouvements avec une résolution nanométrique à l'aide d'actionneurs de très petites dimensions (submillimétriques) », précise Philippe Lutz, chercheur au LAB et professeur à l'ENSMM de Besançon. Le laboratoire étudie ainsi les matériaux dits actifs pour réaliser ces micro actionneurs. Parmi les réalisations du laboratoire figurent des actionneurs en alliage à mémoire de forme, en polymères actifs, pièzo-électriques...


Autre domaine de recherche du laboratoire bisontin : la mise au point de systèmes de manipulation téléopérés comme les outils de micromanipulation. « Nous avons conçu une table de positionnement XYZ à faible coût, une micropince piézoélectrique et un  système de téléopération par nanolevier », explique Philippe Lutz qui souligne aussi l'intérêt des solutions intégrées. « Les micro-usines, à savoir, des systèmes de production dont la résolution se mesure en nanomètres et qui englobent dans un volume réduit tous les éléments pour la fabrication des microproduits auront sans doute un bel avenir », relève-t-il. Adaptées au micromonde, elles réduisent les coûts et la consommation énergétique, sont portables et peuvent s'insérer dans un environnement contrôlé.


« Ces micro-usines feront merveille dans la fabrication des produits spécifiques dont l'assemblage manuel actuel est peu productif et offre un fort potentiel d'automatisation », ajoute l'expert. Des produits ayant une durée de vie très courte et nécessitant une réorganisation constante du système de production. Exemples : assemblage de lentilles d'endoscope, de produits horlogers de luxe, de systèmes hybrides (MEMS et micromécanique)... Philippe Lutz est convaincu en outre, que « cette approche innovante permettra de maintenir ou de relocaliser ces types de production en Europe. »


De l'autre côté de la frontière, en Suisse, le professeur Jacques Giovanola, directeur du laboratoire de conception de systèmes mécaniques (LCSM) approuve et signe. « Nous pensons que les micro usines connaîtront un développement accéléré », affirme le responsable du LCSM.  « Mes contacts en Corée et au Japon confirment d'ailleurs l'importance de ce concept pour le futur de la production en micro et nanotechnologie. » Une approche qui sera selon l'expert suisse, un des thèmes poursuivis dans le projet européen Manufuture, en cours de lancement actuellement.

Plusieurs autres laboratoires de l'Ecole Polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) s'activent ainsi dans le domaine de la micromécanique. « Notre école constitue un centre fédérateur de compétences dans ce domaine en collaboration avec l'Institut de microtechnique de l'Université de Neuchâtel et avec le CSEM », confirme le professeur suisse. le laboratoire étudie activement les procédés de micro fabrication non conventionnels comme le micro fraisage à haute vitesse, assisté ou non par ultrasons ou le micro usinage par ultrasons. « Nous nous intéressons également à la mise au point des procédés comme la pyrolyse sélective de céramiques poreuses, le rayage et l'indentation des semi-conducteurs et à leur modélisation », explique Jacques Giovanola.


Ces usinages nécessitent des outils et outillages d'une nouvelle race, de véritables systèmes mécatroniques de mise en oeuvre des procédés. Le laboratoire travaille ainsi à la mise au point de microbroches d'usinage à très haute vitesse (plus de 300.000 tr/min), à des glissières/paliers hydro et aérostatiques, des systèmes de serrage de micro-outils, d'une commande de systèmes à haute précision et haute vitesse, etc.


Les exploits de la micromécanique ne manquent non plus pas dans les autres pays européens. On pouvait le constater à la Foire de Hanovre 2006 sur le stand de l'association internationale IVAM qui regroupe des sociétés et des instituts de recherche spécialisés dans les micro et nanotechnologies. La société britannique Tecan a mis au point des microstructures capables de filtrer des matériaux avec une tolérance de deux micromètres. On peut ainsi séparer les particules de poudre de diamant utilisée dans l'usinage. Un laboratoire d'analyse biologique sur une puce : c'est l'exploit réalisé par la société hollandaise LioniX qui a mis au point un microlaboratoire pour la mission ExoMars prévue en 2011.
Enfin, l'Institut Fraunhofer apporte lui aussi sa pierre à l'édifice micromécanique avec ses réalisation dans le domaine du micromoulage des métaux par injection(µ-MIM), le microsoudage avec des lasers à fibre...


Mirel Scherer

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