#Startup3D : HETEROMERGE et l’impression 3D multi-matériaux à l’échelle microscopique

Bien que la fabrication additive soit un outil de production qui se démocratise, elle comporte encore quelques limites. L’industrie connaît un besoin croissant de précision pour les pièces finies, en particulier pour ce qui est des modèles à l’échelle micro et nano. Pour cette raison, nous voyons de plus en plus de solutions de micro-impression 3D qui répondent à ces besoins. L’une des entreprises qui développe cette méthode de fabrication est la société allemande HETEROMERGE. Nous avons rencontré son fondateur et PDG pour en savoir plus sur sa technologie et l’impression 3D multi-matériaux à l’échelle microscopique.

3DN : Pouvez-vous vous présenter et nous parler de votre relation avec l’impression 3D ?

Je suis Robert Kirchner, co-fondateur et PDG de HETEROMERGE GmbH, société basée à Dresde, en Allemagne. J’ai une formation en génie électrique et en 2011, j’ai terminé un doctorat en fabrication de microsystèmes polymères. Au cours de mon doctorat, et surtout plus tard dans mes fonctions professionnelles, comme à l’Institut Fraunhofer pour les microsystèmes photoniques (IPMS) ou à l’Institut Paul Scherrer, j’ai effectué des recherches intensives dans les domaines de la lithographie par nanoimpression, de la lithographie en niveaux de gris et de l’impression 3D utilisant l’écriture laser basée sur sur l’absorption à 2 photons.

Robert Kirchner

Le cœur de cette recherche a toujours été la fabrication de structures très petites et fonctionnelles. Nous avons créé des structures originales avancées et exploité des techniques de réplication de polymères pour pouvoir les produire en grande quantité. Un exemple récent est la fabrication de structures de guides d’ondes pour les lunettes de réalité augmentée actuelles. Grâce à l’impression 3D à 2 photons, nous avons pu produire pour la première fois en 2013 des structures de forme libre extrêmement petites, mais en même temps très précises. Les possibilités de forme allaient bien au-delà de ce que nous pouvions faire jusqu’alors. Ce qui a commencé avec les premières expériences d’impression ne m’a jamais quitté.

3DN : Qu’est-ce que HETEROMERGE et comment est née l’idée de créer l’entreprise ?

Depuis mon doctorat, je suis passionné par la fabrication 3D fonctionnelle. Cela m’a conduit à la fabrication additive en utilisant notre tête d’impression multi-matériaux pour l’impression laser à 2 photons à partir d’aujourd’hui. Dans le cadre des recherches de mon groupe à la Technische Universität Dresden, nous en sommes arrivés à vouloir imprimer des microstructures composées de matériaux multiples. La raison en est simple : les différents matériaux détiennent des propriétés physiques différentes. Construire des structures à partir de plusieurs matériaux permet de leur conférer des fonctionnalités supérieures à celles d’un seul matériau. Parmi de nombreux autres domaines d’application, nous pensons que cela peut être une contribution importante à la manière de fabriquer des systèmes électroniques et optiques à l’avenir. Cependant, comme les imprimantes laser à 2 photons ne pouvaient traiter qu’un seul matériau à la fois, nous étions confrontés à un problème de réalignement lors du changement de support. L’avantage de la micro-impression 3D à 2 photons de haute précision est pratiquement perdu à ce stade car une routine d’échange de matériau sous-optimale doit être utilisée. De plus, le changement de matériel prend beaucoup de temps s’il n’est pas automatisé. Nous avons développé une solution à ce problème : notre tête d’impression multi-matériaux. Elle permet un réalignement parfait après un changement de matériau rapide et automatisé. Nous avons fondé HETEROMERGE pour commercialiser notre technologie de tête d’impression.

Micro-aiguilles imprimées en 3D avec la technologie brevetée d’HETEROMERGE (crédits photo : HETEROMERGE)

3DN : Pouvez-vous nous en dire plus sur les solutions de micro-impression 3D multi-matériaux ?

Tout d’abord, notre technologie de tête d’impression brevetée permet un échange de matériel automatisé sur site. Cela résout totalement le problème du réalignement latéral après le changement de matériau dans les imprimantes laser à 2 photons. Avec notre système, il n’y a plus de désalignement entre les zones conçues avec les différents matériaux. Ce point est crucial pour la micro-optique de haute qualité, par exemple. De plus, avec notre solution, le processus d’échange de matériau est beaucoup plus rapide et plus pratique qu’auparavant. Un autre grand avantage est qu’il est possible d’imprimer de manière totalement indépendante du support d’impression. Autrement dit, on peut imprimer sur des substrats passifs tels que le verre ou le silicium, ainsi que directement sur des composants actifs tels que des LED ou des lasers. Puisque nous nous engageons à fournir une solution fluidique ouverte, notre tête d’impression est indépendante du substrat et n’impose pas de limites à la surface d’impression. En principe, nous pouvons imprimer au niveau du module ou même au niveau de la plaquette pour atteindre un niveau d’intégration profond pour la fabrication.

3DN : Quels avantages offre cette technologie ? A quelles applications convient-elle ?

Quiconque imprime aujourd’hui avec un système d’impression laser à 2 photons, ou avec les prochaines générations de techniques comparables, pourra implémenter plus de fonctionnalités dans ses microstructures à l’avenir avec notre tête d’impression. En ce sens, nous sommes dans une certaine mesure agnostiques vis-à-vis de la technologie. La micro-impression 3D fonctionnelle, comme nous l’appelons, va d’abord inspirer les chercheurs et développeurs qui pilotent avec nous cette nouvelle technologie. Il existe de nombreux domaines d’application imaginables. En examinant les tendances actuelles dans l’utilisation commerciale de l’écriture laser à 2 photons, nous voyons des avantages pour les structures multi-matériaux, en particulier dans les domaines de la micro-optique, de la photonique, de l’emballage photonique, des dispositifs médicaux et de l’ingénierie tissulaire. Pour donner un exemple : vous pouvez imprimer des piles de minuscules lentilles dont les lentilles individuelles sont faites de différents matériaux. De cette façon, la micro-optique peut atteindre une qualité d’image supérieure à la qualité actuelle. Nous sommes convaincus que notre technologie de tête d’impression aidera l’écriture laser à 2 photons à trouver des applications plus commerciales dans ces domaines, mais aussi au-delà.

Nous avons développé la technologie de tête d’impression dans le système Photonic Professional GT2 de Nanoscribe et optimisé notre plug-in pour cela. À l’avenir, nous pourrions également développer davantage le plug-in afin qu’il puisse être utilisé dans d’autres systèmes d’impression commerciale et dans des systèmes de lithographie à 2 photons fabriqués en interne.

Crédits photo : HETEROMERGE

3DN : Où voyez-vous la fabrication additive dans les 10 prochaines années ? Et HETEROMERGE ?

En général, l’impression 3D s’est déjà solidement établie dans de nombreux domaines de la production industrielle de grandes structures. L’impression laser à 2 photons comme solution pour la fabrication microadditive atteint la même maturité. Nous considérons cela comme une contribution précieuse à ce que l’on appelle les applications à faible volume et à grande diversité dans la fabrication électronique, où l’impression 3D peut fournir une fabrication très flexible.

Dans le cas d’HETEROMERGE ou des microstructures fonctionnelles en général, on voit que la fabrication additive sera utilisée en priorité dans le domaine des éléments et composants micro-optiques de haute qualité. Nous attendons avec impatience de voir des systèmes d’imagerie médicale peu invasifs réalisés avec des micro-optiques de fabrication additive. Nous voulons rendre possibles des lunettes de réalité augmentée qui ne se distinguent plus des lunettes normales grâce à leurs composants optiques petits et puissants. Nous aiderons les centres de données à traiter les informations plus efficacement en utilisant des fibres optiques couplées à des puces sans perte grâce à des micro-optiques imprimées fonctionnelles. Il est également possible que nous voyions les premières puces optiques, auxquelles nous ajouterons des structures fonctionnelles. Cependant, nous sommes également convaincus qu’il existera de nombreuses applications que nous ne pouvons même pas imaginer aujourd’hui. De nouveaux marchés émergeront lorsque les possibilités de la micro-impression 3D fonctionnelle seront reconnues. Nous ne sommes qu’au début du voyage.

3DN : Un dernier mot pour les lecteurs ?

Tout d’abord, je tiens à vous remercier de m’avoir permis de vous présenter brièvement HETEROMERGE. Nous sommes ravis d’atteindre les lecteurs qui travaillent avec des systèmes d’écriture laser à 2 photons et qui souhaitent imprimer des structures multi-matériaux. Toute personne ne disposant pas de son propre système d’impression mais ayant une application possible pour les microstructures 3D fonctionnelles est invitée à nous contacter. Nous sommes toujours à la recherche d’applications qui défient notre technologie. Vous pouvez trouver plus d’informations sur l’entreprise ICI.

Pile de micro-lentilles multi-matériaux (crédits photo : HETEROMERGE)

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*Crédits photo de couverture : HETEROMERGE