Academic literature on the topic 'Plastronique'

L’enseignement de l’électronique se heurte à un manque d’appétence de la part des étudiants. Ouvrir le champ technologique vers la fabrication additive et la plastronique est de nature à solliciter de nouveau l’intérêt des étu-diants. Malheureusement il est délicat de donner un premier exemple pertinent qui confirme l’intérêt et mette les diffé-rents cours en perspective, car la plastronique balaie des connaissances allant des matériaux, à la chimie, la plasturgie, la conception mécanique 3D, etc. L’article présente un mini-projet sur la réalisation d’un dispositif plastronique à l’aide de la fabrication additive et de la métallisation autocatalytique, comme premier contact des étudiants avec les aspects tech-nologiques. Il s’agit de fabriquer une maquette de camion imprimée en 3D, qui embarque sur sa surface non plane un circuit électronique typique. Tout d’abord le schéma électronique et la conception mécanique sont réalisés et assemblés. L’objet est ensuite imprimé et les pistes sont métallisées. La maquette du camion est obtenue après le brasage des com-posants. Cette maquette vise à provoquer un questionnement de la part de l’étudiant et lui permettre de mieux position-ner le contenu des cours et travaux pratiques d’une formation spécialisée en plastronique.

Au croisement des métiers de la plasturgie et de l’électronique, la plastronique constitue un nouveau champ technologique et ouvre de nouvelles opportunités pour miniaturiser et intégrer de manière optimale des systèmes électroniques aux objets polymères en trois dimensions – 3D. De nouveaux procédés émergent et trouvent des applications innovantes dans de nombreux secteurs d’activité. A cet égard, l’intérêt des industriels et des étudiants est en pleine croissance. Il convient de répondre à ces attentes avec un éventail de formations appropriées et de les accompagner par des enseignements spécifiques que nous souhaitons originaux. Cet article introduit la plastronique et plus particulièrement le procédé plastronique 3D appelé Electronique Structurelle Surmoulée (ESS, IME – In Mold Electronics). Il présente également les étapes du travail expérimental et pratique de mise en oeuvre d’un projet étudiant. L’objectif est de s’adapter aux niveaux des apprenants et aux objectifs pédagogiques désirés. Il s’agit de réaliser, dans son ensemble, un dispositif fonctionnel concret suscitant l’éveille et l’intérêt des apprenants.

En 2015, une enquête menée par la Fondation pour l'Université de Lyon (1), auprès d’une centaine d’entreprises françaises, a montré que l'un des freins majeurs au développement de l’électronique sur substrat polymère, plus communément appelé plastronique, était le manque d'ingénieurs qualifiés ayant des compétences transdisciplinaires. Cela a été attribué à la nature intrinsèquement multi-physiques du sujet, impliquant de nombreux aspects qu’un ingénieur, non formé, peut difficilement gérer. En effet, la plastronique allie des compétences aussi bien en électronique, en plasturgie, en mécatronique, en sciences des matériaux, en chimie, etc. Une autre conclusion de cette enquête est que les entreprises ont besoin d’ingénieurs spécialisés dans tous ces domaines, mais également de responsables techniques capables de mener un projet en coopération avec les spécialistes concernés. Le défi consiste alors à proposer, en lien étroit avec les entreprises, des profils de collaborateurs appropriés capables de transcender le potentiel d'innovation de ces nouvelles technologies. Dans cet article, nous illustrerons un exemple de mini-projet réalisé sur la plateforme d’enseignement et de recherche dédiée à la plastronique sur Lyon-Saint-Etienne.

Dans le cadre de la formation spécialisée en plastronique, il a été proposé aux étudiants de s’immerger dans la problématique alors qu’ils ne possédaient pas toutes les compétences ni connaissances idoines. Un travail pratique de 32h cumulées leur permet de toucher concrètement à la plastronique autour d’un cahier des charges évasif. Le livrable est double : un rapport de pré-étude, étayé par une bibliographie et des analyses simples, et un démonstrateur tangible. L’article décrit un projet d’étudiants pour mettre en lumière les ingrédients de cette démarche en mettant en avant les facettes de la réussite et les pièges d’une telle approche.

La formation spécialisée en plastronique à Lyon propose aux étudiants de découvrir les étapes fondamentales de cette technologie dans un environnement équipé et adapté pour stimuler leurs capacités et leur curiosité. Un travail pratique de 4 h leur offre la possibilité de découvrir la procédure et les différentes applications de multiples techniques liées à la métallisation autocatalytique et la caractérisation physico-chimique. À l’issue de ce travail, les étudiants sont capables de fournir une pièce métallisée et caractérisée, ainsi qu’un rapport détaillant leurs analyses et observations sur la méthodologie et les résultats, et soutenus par une bibliographie. Cet article décrit les étapes du travail expérimental, dont l’objectif est de réaliser un dispositif concret qui éveille l’intérêt de l’étudiant, en limitant la complexité à un niveau raisonnable.

L’objectif de la thèse est d’évaluer l’intérêt de la plastronique 3D dans le domaine de la transmission d’énergie à distance par induction électromagnétique (TEDIM). En effet, la TEDIM est actuellement basée sur des inductances planes, qui n’autorisent un transfert d’énergie entre émetteur et récepteur que sur une courte à moyenne distance, à condition de plus qu’elles soient alignées. Dans ce manuscrit est étudié le cas particulier de récepteurs de forme 3D disposés à l’intérieur d’une boite émettrice de 50 cm de côté comportant 4 inductances émettrices. Différents récepteurs avec des inductances plastroniques ont été étudiés en abordant les questions suivantes : résonance des inductances plastroniques à 6,78 MHz, dimensionnement et forme en 3D. Ainsi, un récepteur en plastronique de forme quasi-sphérique (Ø 8 cm) a été fabriqué par impression 3D, structuration laser directe, métallisation autocatalytique et électrodéposition. Celui-ci a été doté de 3 inductances réceptrices solénoïdes en plastronique et disposées orthogonalement sur les équateurs ayant chacune un facteur de qualité supérieur à 129 ±10. Les résultats expérimentaux sont les suivants : (1) le récepteur reçoit jusqu'à 4,33 W avec un rendement de 15,8 % au centre de la boite, et (2) lorsque l’on fait varier la position et l’orientation du récepteur dans la boite, la disposition des inductances permet, dans une large mesure, de moyenner la puissance reçue. En conclusion, la plastronique permet d’intégrer, relativement aisément, des inductances autorisant une TEDIM, dans les habillages d’appareils électroniques, à la manière des antennes électromagnétiques intégrées par plastronique dans les téléphones intelligents. Ces inductances peuvent épouser la forme 3D de ces habillages, ce qui permet de concevoir des récepteurs et émetteurs omnidirectionnels
The objective of this thesis is to evaluate the interest of 3D molded interconnect devices technologies 3D-MID for wireless power transfer (WPT) through electromagnetic induction. WPT systems mostly uses planar coils that allows transfer between receiver and emitter at low and mid-range distance, at the condition that they are well aligned. We studied a specific case with a 3D receiver enclosed in a half meter box with 4 emitting inductors on 4 sides. Three questions were examined: the magnetic resonance of 3D-MID inductors at 6.78 MHz, their dimensions and their 3D shape. The nearly spherical shape 3D-MID receiver (Ø 8 cm) was 3D printed, activated with laser direct structuring (LDS), autocatalytic metallization and electroplating. It has 3 solenoid receiving inductors, each with quality factor above 129 ±10, placed orthogonally on the equators. The experimental results show: (1) the receiver is able to receive 4.33 W at 15.8 % efficiency in the middle of the box and (2) that we can change position and orientation of the receiver in the box, the placement of the inductors allows, in a widely meaning, to mean the received power. In conclusion 3D-MID allows to integrate, relatively easily, inductors for WPT, in the casing of electronics devices, in the same way as for 3D-MID electromagnetic antennas in smartphones. These inductors can 3D-shape the casing, which will allow the design of omnidirectional receivers

Dans la très grande majorité des cas, les objets électroniques de la vie quotidienne ont une enveloppe plastique à base de matériaux polymères issus de la pétrochimie. Remplacer les matériaux issus de la pétrochimie par des matériaux plus respectueux de l’environnement est aujourd’hui une transition nécessaire. La plastronique 3D est un domaine émergeant permettant de dépasser certaines limites de l’électronique traditionnelle, notamment parce qu’elle oblige à redéfinir les supports polymères. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet BIOANTENNA du Pack Ambition Recherche de la Région AURA, dont le but est la fabrication d’un dispositif électronique innovant du point de vue des matériaux supports utilisés et des fonctionnalités du circuit électronique. Dans cette thèse, nous étudions un procédé de fabrication de masse de dispositifs électroniques appelé In-Mold Electronics (IME). Celui-ci comporte trois étapes principales : sérigraphie, thermoformage et surmoulage par injection. Dans l’état de l’art, le polymère de référence en IME est le PolyCarbonate (PC). Notre objectif sera de remplacer le PC par un matériau plus écologique : l’acide PolyLActique (PLA). Ce polymère fait depuis une dizaine d’années l’objet de nombreuses études afin de l’utiliser comme alternative aux polymères techniques issus de la pétrochimie. Le PLA est le polymère biosourcé le plus utilisé aujourd’hui. Il est également biodégradable en compost industriel, ce qui pourrait permettre d’apporter une réponse à la fin de vie des produits et ainsi envisager son utilisation en économie circulaire. Cette thèse comprend deux grandes parties : une sur la fabrication d'un dispositif plastronique à l'aide de l'IME et du PLA, et l'autre sur le démantèlement des dispositifs IME fabriqués en première partie
In the majority of cases, electronic objects in our everyday life have a plastic casing made of petrochemical polymer materials. Today, replacing the petrochemical-based materials with more environmentally-friendly ones is a necessary transition. 3D plastronics is an emerging field of research than can overcome some of the limitations of conventional electronics, particularly as it requires to redefine the polymer substrates. This PhD is part of the BIOANTENNA project of the AURA Region's Ambition Research Pack, whose goal is to manufacture an innovative electronic device in terms of the materials used and the functionalities of the electronic circuit. In this thesis, we study a mass production process for electronic devices called In-Mold Electronics (IME). It comprises three main stages: screen printing, thermoforming and injection molding. In the state of the art, the reference polymer in IME is PolyCarbonate (PC). Our goal is to replace PC with a more environmentally-friendly material: Poly(Lactic Acid) (PLA). Over the last ten years, this polymer has been the subject of numerous studies in order to use it as an alternative to petrochemical-based engineering polymers. PLA is the most widely used biosourced polymer today. It is also biodegradable in industrial composting, which could provide a solution for end-of-life products and make it suitable for use in the circular economy. This manuscript is divided in two main parts : one regarding the manufacturing of a plastronic device using IME and PLA, and the other on the dismantling of the IME devices manufactured in the first part

La chaire MINT (innovating for molded & printed electronics) est une Chaire d’Excellence scientifique soutenue par la Fondation Partenariale Grenoble INP et ayant pour mécène Schneider Electric. Au travers de la Chaire MINT, Schneider s’engage avec deux laboratoires de recherche, le LGP2 et l’IMEP-LaHC dans le but de développer des fonctionnalités électroniques sur des thermoplastiques de forme 3D. La Chaire MINT a donné lieu à la thèse : « intégration de fonctions électroniques imprimées sur des thermoplastiques 2D et 3D pour des applications radiofréquences ».Les objectifs de cette thèse sont les suivants : mettre en œuvre, caractériser et optimiser le procédé d’impression jetting sur thermoplastique 2D et 3D. De plus, afin de pouvoir définir les limites et les atouts de cette technologie pour des applications radiofréquences, les performances de ce procédé en radiofréquence doivent être évaluées. Des dispositifs ont également été mis en œuvre afin d’illustrer les possibilités du procédé.Pour cela la thèse est présentée en trois chapitres : dans un premier temps une étude bibliographique est réalisée sur les procédés plastroniques et leurs applications actuelles de dresser un état de l’art du domaine plastronique. Les technologies plastroniques sont détaillées et une proposition de classification de celles-ci parmi les technologies de fabrication additives 3D maitrisées est proposée. Des dispositifs réalisés en technologie plastroniques sont présentés pour chacun des domaines abordés. Dans un deuxième temps le développement du procédé de jetting et sa caractérisation géométrique et électrique est présenté. Les paramètres d’impression sont étudiés et optimisés pour une impression robuste. Des stratégies d’optimisation de l’impression sont mises en place.Finalement, à travers une caractérisation de ligne de transmission coplanaire en 2D et en 3D, une évaluation des performances radiofréquence des impressions avec le procédé jetting est réalisée. Des lignes coplanaires en 2D sont simulées et imprimées. Une optimisation de l’impression est réalisée en imprimant des plans de masse maillés. Des lignes coplanaires sont également imprimées sur des substrats 3D comportant des angles à 90° et à 130°, puis mesurées. Des applications radiofréquences sont ensuite détaillées sur des substrats 2D et 3D tels qu’une antenne LoRa, un tag RFID et un radôme pour antenne 5G
The MINT chair (innovating for molded & printed electronics) is an Excellency scientific chair supported by the Fondation Partenariale Grenoble INP and sponsored by Schneider Electric. Through MINT chair, Schneider teams up with two research laboratories, the LGP2 and the IMEP-LaHC, to develop electronic features on 3D shaped thermoplastics. The MINT chair gave rise to the thesis: « Printed integration of electronic capabilities on 2D and 3D thermoplastic for radiofrequency implementations »This thesis goals are the implementation, characterization and optimization of the jetting impression process on 2D and 3D thermoplastic. Moreover, the performances of this process must be assessed in order to define its strengths and limits in a radiofrequency usage. Finally, the process capabilities were showcased by printing prototypesTo this end, this dissertation is split into three successive chapters. Firstly, the state of the art of the plastronic field, carried out through literature review on plastronic processes and their current implementations, is presented. Plastronic technologies are examined and a classification amongst well-known 3D additive manufacturing technologies is proposed. Prototypes made with plastronic technologies are displayed for each concerned field. Secondly, the electrical and geometric characterization as well as the implementation of the jetting process is presented. Printing parameters are studied and optimized to determine a resilient printing process and printing optimization strategies are set up. Finally, jetting process printouts radiofrequency capabilities are assessed through characterization of 2D and 3D coplanar transmission lines. 2D coplanar transmission lines are simulated and printed. The printing process is optimized by printing meshed ground planes. Coplanar lines are printed on 3D substrates having 90- and 130-degrees angles, then measured. Some radiofrequency implementations are examined: a LoRa antenna, a RFID tag and a 5G antenna radome

The work described herein concerns the development of a communication strategy for a fleet of USVs (Unmanned Surface Vehicles). This project's aim is to improve the performances of the SPYBOAT system, developed by the French company CT2MC to perform environmental monitoring missions in fresh waters. In order to successfully fulfill their task, autonomous surface vehicles must be able to maintain a reliable communication link. This thesis's goal is twofold and complementary:- propose the design of an antenna dedicated to the particular conditions of an USV environment and contained in the vessel's hull,- take into account the effective radio ranges and the limited onboard computing resources to develop an admissible deployment strategy.First, the system under study is identified through experiments performed in the Bourget Lake. The differential flatness property of the model is also proved for further use in the computation of reference trajectories.Subsequently, the characteristics of the USV are described from a radio-frequency point of view. The environmental conditions involved by the water proximity, the low heights of the antennas and the high density of conductive materials in unmanned systems are very challenging. The selected antenna configuration is a planar antenna array, composed of three elementary semi-circular monopoles. Low-height measurements over the ground in open space, in good agreement with simulations, have proven that the proposed antenna and the currently used wire antennas exhibit good electrical performances. Antennas simulations have shown that the radiation pattern loses its omnidirectional property when placed in the vessel's hull due to the reflexions on the embedded equipment, and multiple antennas are required to maintain a reliable communication link.Finally, an algorithm able to compute a feasible reference trajectory for a fleet of USVs is proposed. The flatness-based optimization algorithm takes into account communication constraints to ensure that none of the agents in the network becomes isolated. The optimization problem is solved offline to reduce the computation task of the embedded controller. Then, the trajectory tracking algorithm is implemented online via an LQR (Linear Quadratic Regulator) controller which has been simulated and successfully experimented under various scenarios over the real platforms of CT2MC. The experimental tests show that the pre-established communication constraints are preserved while minimizing the tracking error
Les travaux présentés dans cette thèse visent à améliorer les performances du système SPYBOAT, une gamme de drones aquatiques de surface développés par l'entreprise CT2MC et destinés à la réalisation de missions de surveillance environementale en eau douce. Afin de pouvoir mener à bien leurs missions, le maintien de la communication radio avec ces équipements est primordial à la fois pour pouvoir envoyer de nouvelles instructions aux agents, et pour évaluer l'état d'avancement de la mission. Les objectifs de cette thèse sont donc complémentaires:- concevoir une antenne dédiée à un véhicule autonome de surface et contenue dans sa coque,- développer une stratégie de déploiement qui prend en compte la portée radio et les ressources de calcul limitées.Dans un premier temps, les paramètres dynamiques d'un des modèles SPYBOAT ont été identifiés au cours d'une campagne de mesures réalisée sur le Lac du Bourget (73). Le modèle dynamique est ensuite approfondi afin de mettre en évidence sa platitude qui sera utilisée lors de la génération des trajectoires de référence.Ensuite, les conditions particulières d'un point de vue radio-fréquence sont abordées telles que la proximité de l'eau, les faibles hauteurs et le voisinage d'éléments conducteurs. La topologie choisie consiste en un réseau d'antennes constitué de 3 monopoles semi-circulaires. Les performances de cette antenne ont été évaluées par simulation et confirmées par le biais de mesures effectuées sur des prototypes. Les résultats montrent que ces antennes offrent des performances comparables aux dipoles filaires classiquement utilisés dans ce domaine.Enfin, nous proposons un algorithme de génération d'une trajectoire de référence pour une flotte de drones exploitant la platitude des systèmes à contrôler. Les contraintes de portée induites par l'utilisation de l'antenne sont prises en compte afin de garantir le contact radio avec chaque agent. Cette étape d'optimisation est réalisée en amont de la mission afin de minimiser la tâche alouée au contrôleur, qui consiste en une commande LQR (Linear Quadratic Regulator) à gain variable. Cette stratégie de commande a été simulée et testée avec succès sur un système réel