Le projet ELIPSE 2 s’est achevé après trois années de travaux. Il s’inscrit dans la continuité du projet ELIPSE et avait pour ambition de faire monter en maturité une technologie de rupture : l’impression directe (par jetting d’encre conductrices) de fonctions électriques et électroniques telles que des pistes conductrices, des blindages, des antennes et des plages d’accueil pour composants CMS sur des pièces 3D complexes et non développables, sans câblage ni connecteurs additionnels.

Un objectif central : rendre l’électronique imprimée robuste et industrialisable.

Intégrer un circuit électronique directement sur la pièce plutôt que de l’ajouter sous forme de substrat PCB par câblage classique permet de simplifier les architectures, de réduire la masse et la complexité d’assemblage, tout en ouvrant la voie à une fabrication automatisée. Après une première étape ayant permis d’atteindre des TRL 3 à 4 sur les volets matériaux, procédés et robotique, ELIPSE 2 visait à consolider cette base pour intégrer des fonctions plus exigeantes : transmission de données, gestion du signal sur des substrats variés, des géométries plus complexes et des architectures multicouches.

Outre l’IRT, le projet a réuni plusieurs partenaires industriels de premier plan : Airbus Atlantic, Blackleaf, Demgy et Safran Electronics & Defense.

Quatre verrous scientifiques et technologiques structuraient les travaux :
– concevoir l’électronique imprimée sur structures 3D en intégrant les contraintes thermiques et électromagnétiques ;
– maîtriser le blindage et les interférences pour les applications radio ;
– identifier des encres conductrices plus vertueuses que celles à base d’argent ;
– et automatiser l’impression sur des pièces 3D complexes.

Des résultats nombreux :

• Des matériaux qualifiés et une voie bas-carbone identifiée : parmi huit encres conductrices testées, deux se sont imposées selon l’usage : l’une pour les applications de puissance, l’autre pour les pistes fines basse puissance. Des encres hybrides cuivre-argent ont par ailleurs été développées comme alternative plus économique et moins impactante que l’argent seul, tout en conservant les performances électriques.

• Des architectures multicouches validées sur cas d’usage réel : en associant plans de masse en graphène, isolants et pistes en argent, l’équipe a démontré la transmission de données via une liaison USB fonctionnelle et validé les performances requises pour une transmission Ethernet embarquée.

• Une robustesse caractérisée dans les conditions réelles de l’avion : les pistes imprimées ont résisté aux projections de fluides usuels (café, insecticide, dégivrant), au brouillard salin et à l’humidité. Les campagnes de cyclage thermique et de flexion ont permis d’identifier précisément les configurations les plus fiables et les mécanismes de défaillance à surveiller ainsi que les voies de progression pour fiabilisation du procédé : une donnée clé pour la suite de l’industrialisation.

• Une chaîne robotisée désormais capable d’imprimer sur des surfaces à double courbure : le projet a mis au point une méthode complète de numérisation, de génération de trajectoires et de compensation des déformations, permettant d’imprimer avec succès une antenne directement sur une pièce à forte courbure : une première preuve de faisabilité pour l’électronique imprimée sur pièces aéronautiques et aérospatiales complexes.

• Une antenne GPS imprimée aux performances conformes aux exigences : trois versions d’antennes PIFA ont été conçues et testées, jusqu’à une version finale offrant un rapport axial particulièrement intéressant et un gain conforme aux besoins d’une réception GPS en polarisation circulaire.

• Une première évaluation environnementale chiffrée : réalisée avec le Pôle Éco-Conception selon les normes ISO 14040/14044, l’analyse de cycle de vie a montré un très faible impact environnemental de la technologie. Le principal levier prioritaire de réduction d’impact reste la nature de l’encre (base argent). L’intégration de nouvelles références à base de cuivre présenterait un atout majeur d’un point de vue environnemental.

Des bénéfices concrets pour l’industrie

Au-delà des résultats scientifiques, ELIPSE 2 laisse des actifs directement réutilisables : l’enrichissement du logiciel Draw-it, développé à l’IRT, de nouvelles fonctionnalités et d’une bibliothèque de trajectoires et de motifs, facilitant désormais la génération de trajectoires robotisées sans compétence spécifique en robotique. Les équipements : robot 6 axes, tête d’impression jetting, scanner 3D, ainsi que l’ensemble des données expérimentales sont pérennisés au sein de l’IRT pour nourrir les prochains projets. Deux démonstrateurs fonctionnels, réalisés avec Safran Electronics & Defense et Airbus Atlantic, ont permis d’engager les revues de TRL avec les partenaires industriels, une étape clé vers l’intégration en environnement opérationnel.

Et la suite ?

Fort de ces résultats, l’IRT Saint Exupéry dispose désormais d’une base technologique éprouvée pour accompagner l’industrialisation de l’électronique imprimée sur pièces 3D : un atout pour des architectures aéronautiques et spatiales plus légères, plus intégrées et plus durables.