Les Microns et Nano d’Or

Ouverts aux exposants directs et indirects inscrits au catalogue officiel, les Microns et Nano d’Or récompensent des réalisations microtechniques innovantes présentées pour la première fois dans le cadre du salon Micronora et sont décernés par un jury constitué d’industriels et de chercheurs actifs dans le domaine des microtechniques. Un prix d’honneur du jury et deux mentions spéciales ont complété le palmarès.

Prototype microsystèmes réservés aux organismes de recherche

Lauréat : Femto-ST
Micromanipulateur à 7 DDL. Le dispositif proposé est un robot parallèle intégrant la fonction de préhension, en plus des six mobilités de manipulation (trois rotations et trois translations), d’où son nom micromanipulateur à 7 DDL (degrés de liberté). Sa structure cinématique ainsi qu’une variante à 4 DDL ont été brevetées en 2018. Les mouvements en translation et en rotation ainsi que la fermeture de l’organe terminal, une pince par exemple, sont commandés par les déplacements de huit actionneurs fixés à la base du robot. Cette disposition permet une grande dextérité de mouvement dans un volume extrêmement compact.
Le micromanipulateur à 7 DDL est destiné au domaine industriel pour manipuler rapidement des produits ou composants de faibles dimensions, médical pour réaliser des instruments chirurgicaux mini-invasifs, aux applications présentant des contraintes fortes d’encombrement comme la manipulation dans un microscope électronique à balayage (MEB) ou autres stations de nanomanipulation.
Trois démonstrateurs ont été réalisés pour valider le concept avec différentes technologies et différentes dimensions, le plus petit démonstrateur mesurant 1 cm3, ce qui en fait également le plus petit robot au monde ayant 7 DDL. Sa structure a été fabriquée à l’aide d’un nouveau procédé, qui a fait l’objet d’une publication dans le Journal of Micromechanics and Microengineering. Ce procédé permet d’intégrer des éléments en élastomère dans une structure silicium, réalisée en salle blanche.
Les articulations sont donc élastiques, ce qui permet de supprimer les jeux mécaniques et les frottements secs. Le dispositif a été conçu et réalisé par des chercheurs et ingénieurs des équipes de nanorobotique et de robotique biomédicale du département AS2M de l’institut Femto-ST, qui sont reconnue au niveau international pour leurs expertises dans les domaines de la robotique pour des applications de manipulation et d’assemblage automatisé aux échelles micro et nanométriques.
L’institut Femto-ST est un laboratoire de recherche placé sous la quadruple tutelle du CNRS, de l’université de Franche-Comté (UFC), de l’UTBM et de l’ENSMM, les équipes de nanorobotique et de robotique biomédicale. Le projet a été financé en partie par la région Bourgogne-Franche-Comté, par l’ANR, via l’équipe Robotex et par la SATT Grand Est.

Machines-outils et machines de production microtechniques, automatismes, accessoires

Lauréat : Lasea
Machine de micro-usinage laser 5 axes. Dans le but d’usiner des géométries 3D complexes, Lasea a conçu une machine de micro-usinage qui combine les mouvements mécaniques 5 axes avec les 2 axes optiques du scanner. Cette combinaison permet de tirer profit de la dynamique élevée du scanner et de la précision des mouvements mécaniques en 5 axes. Le calcul des trajectoires se fait grâce à un logiciel Cadcam spécifiquement adapté aux stratégies et procédés laser.
Lasea est une société spécialisée dans la fabrication de machines de micro-usinage laser extrêmement précises, jusqu’à 0,2 µm, soit 250 fois moins que le diamètre d’un cheveu. Basée à Liège avec une cinquantaine de collaborateurs, elle est également présente à Bordeaux, depuis 2012, et a deux filiales aux Etats-Unis (2016) et en Suisse (2017) pour se rapprocher de ses clients, gagner en visibilité, éviter les barrières douanières (échanges de métaux précieux pour tests d’échantillons), et s’aligner sur la culture nationale forte qui peut être observée au sein de ces deux pays.
Dotée d’une R&D de pointe, elle fut, en 2011, la première société mondiale à exposer une machine de micro-usinage 3D basée sur la technologie des lasers femtosecondes. Ces lasers permettent d’ablater les matériaux sans effets thermiques, conduisant à des précisions et qualités encore inégalées avec les technologies classiques. Depuis, elle exporte ses machines en Australie, pour la réalisation d’implants cochléens, aux Etats-Unis, pour les implants intra-oculaires (IOLs) ou encore en Suisse, pour la fabrication de montres (décors et pièces du mouvement). Avec un portefeuille de 13 brevets et de nombreux projets R&D européens, elle est considérée par la Commission européenne comme une « success story » parmi les start-up en photonique.
En 2017, Lasea a lancé deux projets, grâce au support de la région Wallonne : Microlab (développement de micro-laboratoires) et Microlas (développement de la version de son logiciel propriétaire Kyla, logiciel de conversion des fichiers numériques en stratégie d’usinage comme les imprimantes 3D et de contrôle des machines de mesures, vision et reconnaissance de forme, gestion automatisée des pièces…). Ces projets permettent à la société high-tech liégeoise de préparer sa diversification dans des secteurs prometteurs et de consolider sa position de leader dans le domaine des machines de micro-usinage utilisant des lasers femtosecondes.

Outillages et instruments de production microtechniques

Lauréat : Vuichard Michel
Micromoule. L’entreprise Vuichard Michel a présenté un micromoule de 10 mm par 10 mm, dont la surface semble plate à l’œil. Elle semble également plate avec une loupe et également avec un microscope qui grossit moins de 100 fois. Elle était une demande du professeur Souad Harmand, vice-présidente de l’université de Valenciennes, qui recherche un modèle mathématique sous forme de microsinusoïde, ceci afin de mener des expériences avec ce moule et ensuite les modélisés de manière informatique. Des moules avaient été faits précédemment en silicium, mais cette technologie ne permettait pas de faire des sinusoïdes mais des créneaux. Les expériences n’ont pas débouché sur des valeurs correctes et c’est pour cela que le professeur Souad Harmand a sollicité l’entreprise Vuichard Michel pour relever le défi de faire un usinage en fraisage, avec une pointe dont le diamètre est inférieur à 1 micron, et dont le pas d’usinage est de 0,5 micron.
Le professeur Souad Harmand avait besoin de toute une gamme de moules, mais les microstructures sinusoïdales les plus petites font un pas de 10 microns et une profondeur de sinusoïde de 2,5 microns. Ces usinages ont été fait sur un centre d’usinage Matsuura. L’outil a nécessité tout un savoir-faire pour être réalisé, car il faut s’imaginer que l’outil est 100 fois plus petit qu’une fraise de 0,1 mm de diamètre. Le projet a été mené à bien et le professeur Souad Harmand a pu faire ses différents moulages de résine, pour ensuite faire ses expériences de microthermodynamique. Les différents moules ont été contrôlés grâce à son microscope Marcel Aubert, qui a un grossissement maximal de 2 000 fois et par un microscope Keyence, permettant de faire une modélisation 3D. Grâce à cet exemple, la société Vuichard Michel ne présente qu’une toute petite partie de son potentiel en termes de micro-usinage, car elle maîtrise également la microdécoupe laser et la microélectroérosion, depuis plus de 50 ans.

Appareil et sous-ensembles associant des composants microtechniques

Lauréat : Percipio Robotics
Pince brucelles à retour de force. Percipio Robotics a développé une pince brucelles à retour de force, le Teletweezer, dans l’objectif de fournir au marché une interface intuitive, efficace et fiable, aux nombreuses applications potentielles. Dans le cadre de leurs opérations de sous-traitance en assemblage de microcomposants, la société était en recherche d’une interface de commande intuitive permettant de commander leur micropince PiezoGripper et souhaitait un produit ressemblant autant que possible à une pince brucelles. L’échec de leurs démarches les a amenés à développer eux-mêmes le produit dont elle avait besoin. Ensuite, l’idée a fait son chemin au sein de la société pour en faire un produit plus complet. Pour une interaction optimale avec leur pince, elle a voulu faire de cette interface un produit haptique, à retour de force donc. L’opérateur peut ainsi sentir la préhension des pièces à assembler comme si elles étaient vraiment présentes entre les extrémités de l’organe de commande, et ainsi les manipuler d’une façon aussi ergonomique que possible.
L’interface devient sensible, mais aussi pilotable ! En effet, la fonction mécanique générant la force que ressentira l’opérateur peut aussi être utilisée pour piloter l’ouverture et la fermeture des branches de la pince à distance, en faisant un organe téléopérable, utilisable pour le microassemblage comme pour des interventions en salle blanche ou en milieu contaminé par un opérateur n’ayant alors pas à subir les contraintes du milieu.
Enfin, ce produit amène une valeur ajoutée très intéressante au monde de l’assemblage manuel lui-même. Toute personne ayant utilisé une pince brucelles connaît la délicatesse de manipulation de microcomposants parfois fragiles. Un opérateur à qui on confie cet outil accèdera à des fonctions de saturation de la force appliquée, ce qui lui évitera de l’endommager, mais il pourra aussi bloquer aisément les branches de la pince une fois le composant saisi, pour ne pas avoir à appliquer la force de préhension de façon continue.
Le Teletweezer est un produit qui peut être utilisé en tant que maître d’un organe préhenseur ou en tant qu’esclave d’une commande extérieure dans une installation automatisée. Elle est également cohérente pour une simple utilisation manuelle facilitant la vie des opérateurs.

Composants microtechniques

Lauréat : VP Plast
Process de micro-injection pour microconnecteur. VP Plast, société spécialisée dans la réalisation d’outillages, l’injection de pièces de haute précision et dans la micro-injection, a développé un microconnecteur en PEEK pour le marché télécom aéronautique. En plus de la dimension réduite de la pièce (diamètre de 1,08 mm et épaisseur de 0,5 mm) la difficulté a résidé dans la réalisation d’un process entièrement automatisé de l’injection à l’emballage.
La conception et la réalisation de l’outillage ont été réalisés au sein de leur activité d’outillage au moyen de machines d’électroérosion, fil fin de haute précision. Par sa capacité à développer un process de micro-injection complet, VP Plast a démontré qu’il peut être un partenaire pour des projets de micropièces injectées. VP Plast fait partie de Lamenrup Group qui comprend les sociétés VP Molds, Sommepp (outillage de précision), Masterplast.
Créée en 1985, à l’origine pour servir le secteur de l’horlogerie, VP Plast a poursuivi son développement et apporté ses compétences dans de nombreux domaines d’activités. La société est spécialisée dans la micro-injection particulièrement dans les matières hautes performances. Elle est reconnue dans le monde de la microplasturgie.

Produits intégrant des solutions nanotechnologiques

Lauréat Nano d’or : Protavic International
Produits à base de nanofils d’argent. Protavic International, filiale du groupe Protex International, fabricant de colles industrielles spéciales à haute valeur ajoutée, reconnu pour sa politique d’innovation, lance des produits à base de nanofils d’argent, à la suite d’un transfert industriel réussi avec le CEA. L’émergence de nouveaux marchés porteurs autour des dispositifs optoélectroniques flexibles a créé le besoin de développer des solutions pour se substituer aux matériaux conducteurs transparents traditionnels.
L’utilisation de nanomatériaux en solution, et en particulier de nanofils métalliques, est une alternative très prometteuse offrant la possibilité d’utiliser des méthodes d’impression sur de grandes surfaces, bas coût. Protavic International, qui cherchait à intégrer des nanofils métalliques dans ses produits afin d’améliorer la conductivité des colles et des résines conductrices pour l’industrie électronique (circuits imprimés, LED, carte à puces, boîtier de décodeurs, etc.), bénéficie désormais de l’expertise et des recherches du CEA, menés depuis 10 ans dans le domaine.
Associée au savoir-faire de formulation de Protavic International, l’utilisation de nanofils d’argent permet de proposer et de personnaliser des produits pour la fabrication d’électrodes transparentes, chauffantes et flexibles. Les utilisateurs peuvent alors accéder à des performances et des applications différenciantes pour la fonctionnalisation de surfaces chauffantes : combinaison inégalée de transparence, de conduction électrique et de flexibilité, comme par exemple les visières antigivre ou des applications de désembuage. Ces produits sont faciles à mettre en œuvre et leurs débouchés très variés. Le transfert du savoir-faire de synthèse est intervenu fin 2017.
Fondé en 1995, Protavic International est devenu en 20 ans un acteur majeur des résines et des colles pour l’électronique. Avec 4 sites industriels sur lesquels sont implantés les Centres d’études et d’innovation et les Centres d’application, répartis en France, aux Etats-Unis, en Chine et en Corée du Sud, le groupe développe et industrialise des produits issus de technologies innovantes. Le CEA est un organisme public de recherche qui intervient dans quatre domaines : la défense et la sécurité, les énergies bas carbone (nucléaire et renouvelables), la recherche technologique pour l’industrie et la recherche fondamentale.

Lauréat « mention spéciale du jury » : Aurea Technology
Mesures optiques de hautes performances. Aurea Technology développe, fabrique et commercialise une génération d’instruments de mesures optiques de hautes performances, compacts, rapides et faciles d’utilisations. Cela permet aux scientifiques et aux industriels de mesurer de très faibles intensités lumineuses, jusqu’au photon. La société a lancé le produit Fluoxea, système innovant, compact et achromatique, de mesure optique sans contact dédié au domaine des nano et microtechnologies.
Ce système est le fruit du couplage entre leur système d’analyse TCSPC Picoxea et un microscope confocal intégré. La technologie sur lequel repose le produit est entièrement maîtrisé par Aurea Technology. La tête confocal a été spécialement conçue afin d’obtenir une résolution optique de l’ordre du micromètre, ainsi que le micropositionnement de l’échantillon suivant 3 axes. Le microscope est entièrement achromatique et les liaisons optiques sont réalisées à l’aide de fibres optiques. Un logiciel a été conçu pour piloter le positionnement de la région souhaitée sur l’échantillon.
Cet instrument a été imaginé pour la caractérisation de semi-conducteurs (photovoltaïque, laser), l’analyse de fluorescence d’échantillons biologiques (traçage de ligands biologiques) et l’analyse de solutions chimiques (caractérisation de la décroissance de fluorescence d’un échantillon), en particulier dans le domaine du proche infrarouge (NIR). Le système est également capable d’effectuer des analyses de surface sur des microsystèmes réfléchissants (planéité, détection de défauts, mesures de qualité…), grâce au filtrage spatial que la technologie confocale lui confère.

Lauréat « mention spéciale du jury » : Expertise Vision
Calixta intègre la mesure 3D. En 2016, après 7 années de développement, Calixta voit le jour. Cette machine polyvalente accepte des géométries de pièces très variées et permet une excellente précision de mesure. Toujours à la recherche d’innovation technologique pour ses clients, l’équipe d’Expertise Vision présente, en 2018, la troisième génération de machine, Calixta 3. Elle intègre un système de mesure 3D. Ce système fonctionne par interférométrie en lumière blanche, méthode de mesure qui exploite les interférences intervenantes entre plusieurs ondes cohérentes entre elles. La précision de mesure est de cent nanomètres en mode standard à vingt nanomètres en mode « précis ».
La vitesse de traitement, quant à elle, varie de 0,1 s à 2 s, compatible avec les cadences de production. Ce système de mesure 3D permet la mesure de la planéité, de la rugosité de surface. Aussi, grâce à des mesures coaxiales, qui évitent l’inclinaison du système, la mesure de cavités étroites devient possible. Cette technologie permet donc une mesure des géométries intérieures des pièces et des états de surface en production.
Expertise Vision est créée en 2009 par Emmanuel Bassy, à Thyez (Haute-Savoie). La société invente, conçoit et réalise des machines pour l’inspection et le tri de pièces mécaniques. En 2010, l’entreprise obtient le statut de « jeune entreprise innovante » pour son dynamisme dans la conduite de projets de recherche et développement, pour lesquels elle consacre 30 à 40% de son chiffre d’affaires. Son produit phare : Calixta a été récompensée par de nombreux prix.

Lauréat « prix d’honneur du jury » : Stäubli
AGV, un véritable collaborateur. A l’ère de l’industrie 4.0 Stäubli présente son AGV (Automated guided vehicle) HelMo, un système robotique mobile permettant flexibilité et autonomie aux entreprises. C’est un véritable collaborateur. Il travaille avec l’homme, réduit sa vitesse ou s’arrête lorsque des collègues humains s’approchent de lui et poursuit son trajet avec un but précis. Il peut se déplacer et naviguer de façon autonome. Il surveille son environnement en permanence par le biais de trois scanners laser intégrés.
Ce système robotique peut assurer des tâches de façon entièrement automatisée et à haute vitesse ou si besoin, collaborer aux côtés d’êtres humains. Le système robotique HelMo représente le prochain niveau de collaboration homme-robot, où les robots se mélangent avec les êtres humains et travaillent avec eux. Ce système robotique travaille également parfaitement sur des tâches monotones et éprouvantes, permettant ainsi de soulager le personnel.
Le système robotique Stäubli intègre un robot haute performance de la gamme TX2 permettant fiabilité et précision. La gamme collaborative TX2 existe pour toutes les applications en environnements sensibles : salle blanche et stériles, pour les conditions humides ou même de production agroalimentaire. Cette gamme collaborative peut aussi adopter une version TX2touch pour une collaboration directe homme-robot, grâce à un système de peau sensible au toucher, qui s’arrête dès que l’homme entre en contact avec le robot, apportant ainsi une sécurité supplémentaire au sein de la production.