Brevet FR3071763A1 — publié le 20190405

Procédé de fabrication d'une carte microfluidique Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une pièce en matériau plastique obtenue par soudage par thermofusion. L'invention concerne également le système employé pour mettre en oeuvre ledit procédé et une carte plastique obtenue par ledit procédé de fabrication. Etat de la technique Il est connu de réaliser un réseau microfuidique dans des cartes, présentant un format de carte de crédit ou similaire. Un tel réseau microfluidique comporte des canaux microfluidiques, des chambres, des vannes et autres éléments microfluidiques. Un ou plusieurs fluides sont injectés dans la carte de manière à emprunter le réseau. Une telle carte se présente en règle générale sous la forme d'une pièce en matériau plastique transparent. Le matériau employé est de type COC (copolymère de cyclooléfine), polymère polycarbonate, PMMA,... La carte est réalisée par l'assemblage d'au moins deux éléments plats ou substrats superposés. Le réseau microfluidique de la carte est réalisée sous la forme d'empreintes réalisées sur l'un et/ou l'autre des deux substrats. La superposition des deux substrats permet de former le réseau microfluidique. Aujourd'hui, l'assemblage des deux substrats entre eux est réalisée par l'emploi d'une colle ou d'un film adhésif. Ces solutions présentent cependant plusieurs contraintes, parmi lesquelles : - La nécessité d'un contrôle précis de la quantité de colle à déposer ; - La nécessité d'une découpe précise du film adhésif ; - Le risque d'une pollution de l'échantillon par la colle ; Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'une pièce plastique, telle que par exemple une carte microfluidique, par l'assemblage de deux éléments, sans apport de colle, ni emploi d'un film adhésif. Exposé de l'invention Ce but est atteint par un procédé de fabrication d'une pièce plastique à partir de deux éléments en matériau plastique, dits premier élément et deuxième élément, ledit premier élément comprenant au moins une face plane et ledit deuxième élément comprenant au moins une face plane, ledit procédé comportant les étapes suivantes : 2 - Application de la face plane du premier élément contre la face plane du deuxième élément de manière à former à former un ensemble doté d'une surface commune à la jonction des deux faces, ladite surface commune étant incluse dans un plan de jonction, 5 - Positionnement d'un fil chauffant tendu dans ledit plan de jonction, - Déplacement relatif en translation du fil chauffant par rapport audit ensemble dans ledit plan de jonction de manière à faire parcourir au fil chauffant toute la surface commune et réaliser une soudure par thermofusion dudit premier élément avec ledit deuxième élément sur leur 10 surface commune. Selon une particularité, l'étape de déplacement est mise en oeuvre par seul déplacement du fil chauffant, ledit ensemble étant fixe. Selon une autre particularité, le fil chauffant est positionné sur un chariot mobile 15 en translation et l'étape de déplacement du fil chauffant est mise en oeuvre en employant un poids soumis à la pesanteur et relié audit chariot. Selon une autre particularité, l'étape de positionnement consiste en un réglage en hauteur de la position du fil chauffant par rapport au plan de jonction. Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de réglage de la 20 tension du fil chauffant. L'invention concerne également un système de fabrication d'une pièce plastique à partir de deux éléments en matériau plastique, dits premier élément et deuxième élément, ledit premier élément comprenant au moins une face plane et ledit deuxième élément comprenant au moins une face plane, ledit système comportant : 25 - Un dispositif de positionnement et de butée agencée pour accueillir les deux éléments à assembler superposées, leur face plane l'une en appui contre l'autre formant une surface commune située dans un plan de jonction, - Un chariot mobile en translation dans une direction de translation, - Un fil chauffant solidaire dudit chariot, ledit fil étant tendu dans ledit plan de 30 jonction et présentant un axe perpendiculaire à la direction de translation dudit chariot. Selon une particularité, le système comporte des moyens de réglage en hauteur de la position dudit fil chauffant. Selon une autre particularité, le système comporte des moyens de réglage de 35 la tension du fil chauffant. 3 Selon une autre particularité, le système comporte un mécanisme de glissière sur lequel le chariot est guidé en translation et deux butées éloignées l'une de l'autre marquant respectivement le début et la fin du parcours en translation dudit chariot. Selon une autre particularité, le système comporte une source d'alimentation 5 électrique à laquelle est connecté ledit fil chauffant. L'invention concerne enfin une carte plastique, comprenant un premier élément doté d'une face plane et un deuxième élément doté d'une face plane, ladite carte étant obtenue par le procédé tel quel défini ci-dessus, configuré pour assurer l'assemblage 10 par thermofusion des deux éléments par leur face plane. Selon une particularité, le premier élément et/ou le deuxième élément comporte une empreinte microfluidique, de manière à former un réseau microfludique après assemblage des deux éléments entre eux. 15 Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit, en liaison avec les figures annexées listées ci-dessous : - Les figures 1A à 10 représentent, à titre d'exemple, une pièce plastique telle 20 qu'une carte microfluidique pouvant être fabriquée par la solution de l'invention ; - La figure 2 représente, de manière simplifiée, le système de l'invention employé pour la fabrication d'une pièce plastique telle qu'une carte microfluidique; 25 - La figure 3 illustre les différentes étapes de fabrication mises en oeuvre dans le procédé de fabrication de l'invention ; Description détaillée d'au moins un mode de réalisation 30 L'invention vise à la réalisation d'une pièce plastique par l'assemblage de deux éléments. De manière non limitative, la pièce plastique peut être notamment une carte 2, telle qu'une carte microfluidique. De manière non limitative, la description ci-après est réalisée pour une carte 35 microfluidique telle que représentée sur les figures 1A à 10. 4 La carte microfluidique est par exemple réalisée dans un matériau de type COC, polymère carbonate, PMMA, ou autre matériau plastique similaire présentant une température de fusion basse. La carte est formée par la superposition de deux éléments, dits premier élément 5 20 et deuxième élément 21. Pour cela, le premier élément et le deuxième élément comportent chacun au moins une face plane 200, 210, leur permettant d'être positionné l'un sur l'autre. La face plane du premier élément et la face plane du deuxième élément sont destinées à être appliquées l'une contre l'autre. 10 Une fois appliquées l'une contre l'autre, les deux faces définissent entre elles une surface commune située dans un plan de jonction P. Le procédé de l'invention consiste à réaliser un soudage par thermofusion des deux éléments 20, 21 dans ledit plan de jonction P de manière à assembler les deux éléments l'un sur l'autre par leur surface commune. 15 Pour cela, le procédé consiste à faire passer un fil chauffant 3 entre les deux éléments 20, 21 au niveau du plan de jonction. En référence à la figure 2, le système de fabrication employé comporte au moins un dispositif 4 de positionnement et de butée de l'ensemble formé par les deux éléments. Il peut s'agir d'un logement de taille adapté, au format de la carte à réaliser, dans lequel 20 est placé l'ensemble formé des deux éléments 20, 21 superposés. Un système de fixation ou de blocage est avantageusement prévu pour bloquer les deux éléments en appui l'un contre l'autre et éviter le glissement de l'un par rapport à l'autre lors de l'opération de soudage. Le système comporte également un chariot 5 qui est agencé pour être mobile 25 en translation sur un mécanisme de glissière 52. La translation du chariot 5 est réalisée dans un plan parallèle au plan de jonction. Le système peut comporter deux butées 50, 51 entre lesquelles le chariot se déplace en translation. La première butée 50 est positionnée en amont par rapport à la 30 carte à réaliser et la deuxième butée 51 est située en aval par rapport à la carte à réaliser. Les termes "amont" et "aval" sont à comprendre en prenant comme référence le sens de translation du chariot lors du soudage. Le fil chauffant 3 est solidaire en translation du chariot, l'axe du fil étant perpendiculaire à la direction de translation du chariot 5. Le chariot comporte 35 avantageusement deux plots 53, 54 entre lesquels est tendu le fil chauffant. 5 Le système peut comporter un dispositif de réglage en hauteur du fil chauffant 3 de manière à le positionner dans le plan de jonction P. Le déplacement du chariot entraîne la translation du fil chauffant dans le plan de jonction, dans une direction perpendiculaire à l'axe du fil chauffant. En variante, la position du fil chauffant pourrait 5 être fixe et c'est le support de la carte à réaliser qui est alors réglable en hauteur. Le fil chauffant 3 est formé d'un filament résistif très fin, de diamètre adapté, compris entre 0,02mm et 0,05mm. Il doit être choisi suffisamment fin pour se déplacer dans le plan de jonction entre les deux éléments et suffisamment résistant pour ne pas se rompre lors de ce déplacement. La tension du fil pourra être réglable et adaptée à 10 l'application visée. Le fil chauffant 3 est relié à une source d'alimentation électrique 6. Soumis à une tension électrique adaptée à l'application, le fil se comporte comme un filament chauffé à une température suffisante pour assurer la fusion du premier élément et du deuxième élément. 15 Le fil peut être réalisé dans un matériau de type TOPHET. Il s'agit alors d'un fil d'alliage utilisé à des températures opérationnelles jusqu'à 1200°C. Ces différentes caractéristiques sont les suivantes : Propriétés Composition chimique approximative Ni 80% Cr 20% 8,31 g/cm3 108 650 DENSITÉ RÉSISTIVITÉ ÉLECTRIQUE À 20 °C (Microhms/cm) À 20 °C (ohm. Circ. Mil/pied) 1200°C 2200°F 1400°C 2550°F 12,5 grilm °C (20- 100°C) TEMPÉRATURE OPÉRATIONNELLE MAXIMALE POINT DE FUSION COEFFICIENT D'EXPANSION 20 Le déplacement du chariot en translation est avantageusement réalisé en employant un poids 70 relié au chariot 5 par un câble 71. Mis sous l'effet de la pesanteur, ce poids 70 entraîne le chariot dans sa translation. Une poulie 72 peut être prévue pour 25 guider le câble lors de la translation. 6 En variante de réalisation, il serait possible de prévoir un déplacement de l'ensemble formé par les deux éléments à assembler par rapport au fil chauffant resté fixe. Le principe de fonctionnement reste équivalent, l'ensemble à assembler étant fixé sur un chariot mobile en translation. 5 Les différentes étapes de fabrication d'une carte par superposition de ces deux éléments 20, 21 sont les suivantes : - Les deux éléments 20, 21 à assembler sont superposés, une face plane de l'un étant appliquée contre la face plane de l'autre. Pour une carte 2 de type 10 microfluidique, les deux faces planes 200, 210 peuvent comporter l'une et/ou l'autre une empreinte microfluidique destinée à former le réseau microfluidique de la carte 2. - Les deux éléments 20, 21 superposés sont positionnés dans le logement prévu sur le système et calés dans ce logement de manière à être bloqués 15 en translation, dans le sens de déplacement du chariot 5 mobile. - Si nécessaire, le fil chauffant 3 est réglé en hauteur de manière à être positionné dans le plan de jonction P. - Si nécessaire, le fil chauffant 3 est réglé en tension de manière adaptée pour ne pas se déformer lors du soudage dans le plan de jonction P des 20 deux éléments de la carte 2 mais aussi pour ne pas se rompre lors de cette opération de soudage. - Une tension électrique est appliquée aux bornes du fil chauffant 3 grâce à la source d'alimentation 6 de manière à le chauffer jusqu'à la température souhaitée. 25 - Une fois le fil chauffé à la température de fusion adaptée aux deux éléments 20, 21 à assembler, le poids 70 est libéré, permettant la translation du chariot 5. - Lors de la translation du chariot 5, le fil chauffant 3 vient s'insérer à la jonction des deux éléments 20, 21 de manière à parcourir leur surface 30 commune. - En parcourant cette surface commune, le fil chauffant 3 génère une soudure entre les deux éléments 20, 21 au fur et à mesure de sa progression en translation. - Une fois le fil chauffant 3 sorti de la surface commune et après 35 refroidissement, les deux éléments 20, 21 sont soudés l'un à l'autre, formant une carte microfluidique 2, sans l'emploi de colle, ni de film adhésif. 7 La figure 3 illustre de manière simplifiée le principe de soudage des deux éléments par le système de l'invention. 5 L'étape El correspond aux étapes initiales de positionnement des deux éléments à assembler et de réglage du système. Les étapes E2 et E3 illustrent la progression du fil chauffant 3 par la translation du chariot à la jonction entre les deux éléments 20, 21 à assembler. L'étape E4 montre la fin du processus et l'extraction du fil chauffant 3 en dehors 10 de la surface commune aux deux éléments. L'assemblage par thermofusion entre les deux éléments 20, 21 est alors terminé. On comprend que la solution de l'invention présente un certain nombre d'avantages, parmi lesquels : 15 - Le système est particulièrement compact et simple d'utilisation ; - Le procédé permet de ne pas recourir à l'emploi de colle, ni d'un film adhésif pour associer les deux éléments entre eux, évitant notamment tout risque de pollution dans la pièce, notamment s'il s'agit d'une carte microfluidique ; - L'assemblage des deux éléments d'une carte se fait dans une durée 20 relativement courte, environ 15 minutes ; - Le système utilise des solutions simples pour fonctionner, telles que par exemple le poids d'entraînement du chariot mobile ; REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce plastique à partir de deux éléments (20, 21) en matériau plastique, dits premier élément (20) et deuxième élément (21), ledit premier élément (20) comprenant au moins une face plane (200) et ledit deuxième élément (21) comprenant au moins une face plane (210), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - Application de la face plane (200) du premier élément (20) contre la face plane (210) du deuxième élément (21) de manière à former à former un ensemble doté d'une surface commune à la jonction des deux faces, ladite surface commune étant incluse dans un plan de jonction (P), - Positionnement d'un fil chauffant (3) tendu dans ledit plan de jonction (P), - Déplacement relatif en translation du fil chauffant (3) par rapport audit ensemble dans ledit plan de jonction (P) de manière à faire parcourir au fil chauffant toute la surface commune et réaliser une soudure par thermofusion dudit premier élément (20) avec ledit deuxième élément (21) sur leur surface commune. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de déplacement est mise en oeuvre par seul déplacement du fil chauffant, ledit ensemble étant fixe. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fil chauffant (3) est positionné sur un chariot (5) mobile en translation et en ce que l'étape de déplacement du fil chauffant (3) est mise en oeuvre en employant un poids (70) soumis à la pesanteur et relié audit chariot (5). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de positionnement consiste en un réglage en hauteur de la position du fil chauffant (3) par rapport au plan de jonction. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de réglage de la tension du fil chauffant. 6. Système de fabrication d'une pièce plastique à partir de deux éléments (20, 21) en matériau plastique, dits premier élément et deuxième élément, ledit premier élément comprenant au moins une face plane (200) et ledit deuxième élément comprenant au moins une face plane (210), caractérisé en ce qu'il comporte : 9 - Un dispositif (4) de positionnement et de butée agencée pour accueillir les deux éléments à assembler superposées, leur face plane l'une en appui contre l'autre formant une surface commune située dans un plan de jonction, 5 - Un chariot (5) mobile en translation dans une direction de translation, - Un fil chauffant (3) solidaire dudit chariot, ledit fil étant tendu dans ledit plan de jonction et présentant un axe perpendiculaire à la direction de translation dudit chariot. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des 10 moyens de réglage en hauteur de la position dudit fil chauffant (3). 8. Système selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage de la tension du fil chauffant (3). 9. Système selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme de glissière (52) sur lequel le chariot (5) est guidé en 15 translation et deux butées éloignées l'une de l'autre marquant respectivement le début et la fin du parcours en translation dudit chariot (5). 10. Système selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une source d'alimentation électrique (6) à laquelle est connecté ledit fil chauffant (3). 20 11. Carte plastique, comprenant un premier élément (20) doté d'une face plane (200) et un deuxième élément (21) doté d'une face plane (210), caractérisé en ce qu'elle est obtenue par le procédé tel quel défini dans l'une des revendications 1 à 5, configuré pour assurer l'assemblage par thermofusion des deux éléments par leur face plane. 25 12. Carte plastique selon la revendication 11, caractérisé en ce que le premier élément et/ou le deuxième élément comporte une empreinte microfluidique, de manière à former un réseau microfludique après assemblage des deux éléments entre eux. 30