Inkjet-Tzprint : Imprimer des prototypes de composants céramiques miniaturisés

Ingénierie et Architecture Fribourg Projets de recherche appliquée et développement

La technologie d'impression à jet d'encre pourrait permettre de fabriquer des prototypes de composants de céramiques miniaturisés plus rapidement et avec plus de flexibilité. Une équipe de la Haute école d'ingénierie et d'architecture de Fribourg - HEIA-FR teste actuellement ce processus pour la PME Ceramaret.

La PME neuchâteloise Ceramaret est spécialisée dans la fabrication de pièces de céramique de très petite taille destinées aux secteurs automobile, horloger ou encore médical. Ceramaret, afin de répondre en permanence aux besoins et aux attentes de ses client-es, investit continuellement dans la recherche de matériaux et de procédés de fabrication innovants. La crise sanitaire a souligné la nécessité d'investir dans de nouvelles méthodes de travail et de fabrication, y compris dans le domaine de la céramique. La pandémie aurait en effet pu affecter fortement le processus de production en raison de périodes de quarantaine obligatoire, mais également par l'imposition de mesures de distanciation sociale entre les employé-es. Comme les processus de production se font encore manuellement, l'absence de personnel peut rapidement faire perdre du temps. C'est dans ce contexte que Ceramaret a fait appel aux compétences des ingénieur-es de la HEIA-FR, afin d'accélérer la digitalisation de certaines étapes de ses processus de production.

La technologie de l'impression à jet d'encre est de plus en plus explorée dans le contexte de l'industrie 4.0. La difficulté, c'est que les modèles existant sur le marché sont onéreux (entre CHF 200'000 et CHF 500'000) et offrent peu de flexibilité par rapport à la production de composants en céramique. Spécialisée à la fois dans les imprimantes et dans les "encres" - ou plutôt les matériaux imprimables - une équipe de l'institut iPrint de la HEIA-FR met actuellement au point à la fois une imprimante et un mélange permettant de produire prototypes des composants en céramique de la meilleure qualité possible. Actuellement, cinq étapes consécutives sont nécessaires entre l'initiation et la réalisation d'une pièce en céramique, même pour du prototypage. Le processus complet peut prendre jusqu'à quelques semaines. De plus, en cas d'échec, l'ensemble du processus doit être réinitialisé.

Grâce à l'utilisation de la technologie d'impression à jet d'encre combinée aux bons choix des matériaux, soit des encres composées de nano-zirconia ayant une taille de particule et une suspension appropriée, l'ensemble du processus pourrait être réduit à 48 heures. De plus, contrairement aux techniques de moulage par injection, pour lesquelles seule la qualité du produit final peut être étudiée, l'approche "couche par couche" fournie par l'impression à jet d'encre garantira un contrôle de qualité à des instances intermédiaires. Enfin, l'impression à jet d'encre permet de produire des pièces de formes complexes, ce qui donne une grande liberté aux concepteurs-trices et aux ingénieur-es. Cette nouvelle technologie d'impression a permis la conceptualisation, la production et le test de pièces qu'il n'est pas possible de produire avec des procédés conventionnels.

Actuellement en phase de test, ce projet devrait aboutir en automne 2021. Il pourrait à terme servir non seulement pour la production de prototypes, mais aussi pour la production de pièces commercialisables. Dans tous les cas, il confère un avantage concurrentiel indéniable à Ceramaret et soutient ses capacités d'innovation et de résilience.

Un appel à projets destiné aux entreprises impactées par la crise sanitaire

Le projet décrit ci-dessus fait partie d'un appel à projets extraordinaire intitulé "Après Covid-19". Il a été lancé en juillet 2020 par le Conseil de domaine Ingénierie et Architecture de la HES-SO. Ces fonds sont destinés aux professeur-es proches des sociétés de services et d'entreprises suisses impactées par la crise sanitaire. Les hautes écoles concernées par cet appel à projets sont :

  • HE-Arc Ingénierie ;
  • Haute école d'ingénierie et d'architecture de Fribourg - HEIA-FR ;
  • Haute école du paysage, d'ingénierie et d'architecture de Genève (HEPIA) ;
  • HES-SO Valais/Wallis - Haute Ecole d'Ingénierie - HEI ;
  • Haute Ecole d'Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud - HEIG-VD ;
  • CHANGINS - Haute école de viticulture et œnologie.