STEREOLITHOGRAPHIE pour les micro- et nano-technologies
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- Jean-Sébastien Desroches
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1 STEREOLITHOGRAPHIE pour les micro- et nano-technologies Serge MONNERET Institut Fresnel Domaine universitaire de Saint-Jérôme, Marseille Cedex 20
2 La réaction de photopolymérisation liquide + lumière solide double liaison molécules de monomère hν photo-amorçage propagation macromolécule (polymère)
3 Fabrication d objets par photopolymérisation 1) Source lumineuse, avec une raie spectrale autour de λ 0
4 Fabrication d objets par photopolymérisation 2) Résine photosensible, comprenant un photoinitiateur actif pour λ 0
5 Fabrication d objets par photopolymérisation 3) Un plateau-support mobile
6 Fabrication d objets par photopolymérisation Irradiations successives
7 Fabrication d objets par photopolymérisation Irradiations successives
8 Fabrication d objets par photopolymérisation Irradiations successives
9 Comment résoudre la photopolymérisation dans l espace? par «écriture vectorielle» par projection de masques
10 Les techniques de SL : des procédés de photopolymérisation rapides, par balayage laser, sur de grandes dimensions et avec une résolution typique de 0.1 mm rapides, par masquage dynamique, sur quelques mm 2 et avec une résolution typique de 10 µm lents, par balayage laser associé à une photopolymérisation à 2 photons avec une résolution typique de 0.1 µm
11 Plan de l exposé Procédé conventionnel de stéréolithographie Microstéréolithographie par masques dynamiques Procédés de réplication Nanostéréolithographie par absorption multi-photons une plate-forme du CNRS pour les laboratoires
12 3D-Systems, SLA 7000 Procédé conventionnel de SL
13 Procédé conventionnel de SL Un procédé de prototypage rapide : Dessinateur CAO Objet réel Procédé de numérisation Logiciel de tranchage numérique Machine de fabrication couche par couche Objet 3D Etape de post polym. Quelques heures Quelques heures 1 jour
14 Procédé conventionnel de SL Une fabrication couche par couche par solidification photoinduite (photopolymérisation) résolue dans l espace, d une résine liquide. (1) (2) (3) (4) (1) Laser UV (2) Obturateur (3) Focalisation dynamique (4) Miroirs galvanométriques (5) Positionnement vertical (6) Racleur (7) Photoréacteur (8) Ordinateur de commande (8) (7) (6) (5)
15 Pièces réalisées par des machines industrielles
16 Procédés de micro-sl par masque dynamique EPFL, Lausanne, CH DCPR, Nancy, F CMF, Birmingham, GB California univ., USA Inst. Fresnel, Marseille, F
17 Principe Les étapes principales du procédé de mise en forme : Fichier CAO définissant la pièce à réaliser Faisceau lumineux incident Envoi des données définissant la section courante de l objet à fabriquer Dépôt d une nouvelle couche de résine Projection de l image correspondante sur la résine Photopolymérisation d une couche Obturation par affichage d un masque noir Objet final (N couches)
18 Masque dynamique à cristaux liquides - DCPR (2) (3) (1) (4) (6) (5) (1) Lampe à arc, haute pression (Hg) (2) Masque dynamique à cristaux liquides (3) Système optique imageur Projection directe d images (4) Micropositionnement vertical (5) Régulation de température (6) Ordinateur de commande V. Loubère, S. Monneret, S. Corbel, "Microstéréolithographie utilisant un écran générateur de masques" Revue Internationale de CFAO et d'informatique Graphique 13, 31-43, (1998).
19 Résolution verticale : un problème crucial en microsl La résolution verticale du procédé dépend fortement du matériau utilisé : éclairement (I,T) épaisseur polymérisée épaisseur de couche théorique définie par l étape de tranchage numérique et par le déplacement du support due aux propriétés physicochimiques de la résine
20 Exemples de réalisations en polymère - DCPR 500 µm Position initiale Fermeture Retour à la position initiale V. Loubère, S. Monneret, H. Le Gall, S. Corbel, "Microstereolithography using a dynamic mask for microactuators fabrication", Revue Internationale de CFAO et d'informatique Graphique 15, , (2000)
21 Réalisations en composite alumine / polymère - DCPR S. Monneret, C. Provin, H. Le Gall, S. Corbel, "Microfabrication of freeform and articulated alumina-based components" Microsystem Technologies 8, (2002).
22 Réalisations en alumine pure - DCPR Temperature 900 C / hour 1550 C 6 C / hour 500 C Composite polymère/alumine (65% wt.) Déliantage + frittage temps alumine pure C. Provin, S. Monneret, H. Le Gall, S. Corbel, Three-dimensional ceramic microcomponents made using microstereolithography", Advanced Materials 15 (12), (2003).
23 Masque dynamique à micro-miroirs (DMD )
24 Masque dynamique à micro-miroirs (DMD )
25 Exemples de réalisations - EPFL Polymère : couches jusqu à 5 µm Alumine : couches de 10 µm 295 couches de 10 µm, 90 min A. Bertsch, S. Jiguet, P. Bernhard, P. Renaud, Microstereolithography : a review", Mat. Res. Soc. Symp. Proc. vol. 739 (2003).
26 Exemples de réalisations - CMF Polymère uniquement Lateral and Vertical resolution: 10µm Maximum field size: 10.24mm x 7.68mm Structural height: up to 5mm
27 Exemples de réalisations Univ. Californie Polymère uniquement
28 «nano-sl» par absorption à 2 photons
29 Principe montage de l université d Osaka (Japon) 2 µm 2 µm
30 Montage de l université de Swinburne (Australie)
31 Vers une plate-forme de microstéréolithographie pour les unités du CNRS CAO Réalisation
32 Montage à base de DMD - Inst. Fresnel (1) Projection directe d images (2) (4) (3) (5) (6) (1) Source fibrée, haute pression (Hg) (2) Système pour homogénéisation lumineuse (3) Masque dynamique à micro-miroirs (4) Système optique imageur (5) Micropositionnement vertical (6) Ordinateur de commande
33 Logiciel de fabrication
34 Logiciel de fabrication
35 Logiciel de fabrication
36 Exemple de réalisation
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