CIFRE - Élaboration d'encres fonctionnelles destinées à la plastronique 3D sur polymères haute performance.

La plastronique 3D est une technologie qui combine la plasturgie (fabrication et mise en forme de substrats en polymères) et l’électronique imprimée afin d’intégrer directement des circuits électroniques dans des objets en polymères, souvent en trois dimensions. Elle consiste à déposer ou à imprimer des circuits (pistes conductrices) pour y déposer des électroniques fonctionnelles (capteurs, antennes, LED, etc.) directement sur les substrats. Cette approche permet de fonctionnaliser les pièces au sens de l’électronique, tout en réduisant le nombre de composants et en optimisant l’intégration des fonctions électroniques, ce qui réduit l’encombrement et la masse, et améliore l’ergonomie du système.

Parmi les techniques utilisées en plastronique, la tampographie est une méthode d'impression très prometteuse. Contrairement à d’autres procédés de fabrication plastronique comme l’In Mold Electronics^1-3, elle permet de transférer des encres conductrices directement sur des surfaces polymères de formes 3D complexes ou irrégulières. Elle permet de déposer des pistes conductrices avec des détails fins, permettant ainsi de fonctionnaliser des pièces en polymère avec des circuits électroniques avancés.

L’objectif de la thèse sera de développer et mettre en œuvre de nouvelles encres fonctionnelles destinées à des applications en plastronique, compatibles avec la tampographie et spécifiquement adaptées aux polymères haute performance (PEEK, PEI, PSS). En effet, ces polymères offrent l’avantage d’être légers, de résister à des températures élevées et aux produits chimiques, tout en offrant d'excellentes propriétés mécaniques et diélectriques, les rendant très utiles pour des applications de pointe dans les domaines aérospatial, automobile et médical. Ces encres, seront formulées en collaboration avec le partenaire industriel Encres Dubuit.

Les objectifs du travail :

• Développer des formulations optimisées d’encres fonctionnelles compatibles avec la tampographie et adaptées aux polymères haute performance (études rhéologiques, choix des solvants et des liants, taux de charges, etc.).
• Effectuer les caractérisations des propriétés physiques et chimiques des encres afin d’évaluer leur compatibilité avec les polymères haute performance (prétraitements, recuits, étude d’adhésion, conductivité électrique, etc.).
• Réaliser des démonstrateurs en 3D intégrant des fonctions électroniques sur les polymères haute performance en utilisant les encres développées (aucune connaissance en électronique n’est requise).

Références :

¹ C. Goument et al., In-Mold Electronics on Poly(Lactic Acid): towards a more sustainable mass production of plastronic devices. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2023, 125 (5-6), pp.2643-2660. ff10.1007/s00170-023-10878-4ff. ffhal-04069897f

² T. Guérin et al., Development and characterization of a conductive ink for In-Mold Electronics. LOPEC, Mar 2023, Munich (Allemagne), Germany. 2023. https://hal.science/hal-04241549v1

³ P. Lombard et al., A Toolbox to Develop and Produce In-Mold Electronics Devices. LOPEC – March 5-7, 2024 Munich, Germany., LOPEC, Mar 2024, Munich, Germany. https://hal.science/hal-04525630v1

Le projet est l’objet d’une collaboration entre le laboratoire AMPERE (site INSA LYON) et la société Encres DUBUIT.

Encres DUBUIT (www.encresdubuit.com) est une entreprise française créée en 1970 et située à Mitry Mory, proche de l’aéroport Roissy-Charles de Gaulle, spécialisée dans la conception, la fabrication et la vente d’encres techniques et industrielles pour la sérigraphie, la tampographie et l’impression numérique. Depuis sa création, Encres DUBUIT reste à la pointe de la technologie en proposant des solutions personnalisées, de haute qualité et innovantes, en UV (depuis 1976) et en solvant. Présent et actif dans une cinquantaine de pays, Encres DUBUIT est solidement implanté sur les marchés internationaux. La société s’impose comme le spécialiste des encres de hautes technologies dédiées au marché de l’impression industrielle allant de la simple communication visuelle au marquage industriel et à l’utilisation d’encres fonctionnelles. Encres DUBUIT s’adresse à une clientèle internationale diversifiée qui intervient dans des secteurs aussi variés que la communication visuelle, le packaging, la cosmétique, l’automobile, l’industrie électronique…

Le laboratoire Ampère (www.ampere-lab.fr) est une Unité Mixte de Recherche (UMR5005), sous tutelle de l'École Centrale de Lyon, de l'Université Claude Bernard Lyon 1, de l'INSA de Lyon et du CNRS. L’effectif est d’environ 200 personnes. Le doctorant sera accueilli sur le site de l'INSA de Lyon et intégrera une équipe interdisciplinaire composée de physicochimistes, de spécialistes en plastronique et d’électroniciens. Il aura accès aux équipements de la plateforme Plastronique d’AMPERE (site INSA de Lyon), qui dispose de moyens de mise au point et d’impression de matériaux, ainsi que des instruments de caractérisation physicochimique et électrique. Des outils de simulation multiphysique pourront également être mis à sa disposition.

Ingénieur et/ou titulaire d’un Master spécialisé en science des matériaux ou en physicochimie. Des compétences en formulation d’encres ou en électronique imprimée constitueraient un atout. Aptitude indispensable à la réalisation de travaux expérimentaux.

Bon niveau de français et d'anglais (minimum niveau B2 ou équivalent). Excellentes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité.