Brevet FR3087698A1 — publié le 20200501

FABRICATION DE COMPOSANTS ET DISPOSITIFS PIEZOELECTRIQUES AVEC UN PROCEDE D'IMPRESSION TRIDIMENSIONNELLE L'invention concerne un procédé de fabrication de composants et de dispositifs piézoélectriques, un appareil de fabrication adapté pour mettre en oeuvre un tel procédé et un système piézoélectrique pouvant être obtenu à l'aide d'un tel procédé. L'invention se base sur des techniques d'impression tridimensionnelle, dite aussi fabrication additive. La plastronique, qui permet d'intégrer de l'électronique dans des objets plastiques, utilise particulièrement l'impression tridimensionnelle de composants pour diverses applications : - La santé, par exemple une semelle connectée ou des capteurs physiologiques ; - Les dispositifs de rééducation, par exemple un système de rééducation adapté aux patients et aux exercices ; - Les pièces et composants de véhicules, comme un tableau de bord avec capteurs, ou un parechoc avec capteurs ; - Les objets connectés, comme des bracelets, des chaussures, des capteurs, etc ... Des chercheurs de l'université de Warwick en Grande-Bretagne (Si. Leigh, Bradley, C.P. Purssell, D.R. Billson, D.A. Hutchins, «A simple, low-cost conductive composite material for 3D printing of electronic sensors », PLos ONE 7(11), 2012) ont proposé d'utiliser des polymères conducteurs pour une impression tridimensionnelle (ou impression 3D), par dépôt de filament fondu (FDM), de capteurs de pression sur des objets en trois dimensions (objets 3D). Il est également possible d'utiliser des thermoplastiques fonctionnels pour l'impression de composants élémentaires, comme par exemple des antennes (J. O'Brien et al., « Miniaturization of microwave components and antennas using 3D manufacturing », EuCAP 2015). L'Université du Minnesota a modifié une imprimante 3D Stratasys Connex® afin d'imprimer des capteurs tactiles multi-matériaux. Néanmoins, la piézoélectricité n'est pas utilisée. 2 Des imprimantes jet d'encre et de sérigraphie peuvent être utilisées pour réaliser de l'électronique flexible, mais sur un substrat plan essentiellement, ou sur un support déjà fabriqué. Au niveau industriel, il existe le système d'OPTOMEC® qui permet d'imprimer des pistes conductrices sur les surfaces d'objet 3D pour l'électronique. 5 Il existe également Voxel8®, une spin-off de l'Université d'Harvard, propose une plateforme qui combine l'impression de la structure de l'objet par dépôt FDM, l'impression d'une encre métallique par « Direct Ink Writing » (DIW, ou « Impression continue directe d'encre » en français) pour les pistes conductrices du circuit, et un système de positionnement de composants discrets. Cette plateforme permet le routage de composants 10 électroniques placés plus ou moins automatiquement dans une structure mécanique, donnant lieu à une électronique embarquée sur l'objet 3D. Cependant, elle ne permet pas de produire des objets 3D piézoélectriques, tels que des capteurs ou des actionneurs, et les structures imprimées sont nécessairement rigides. Des imprimantes jet d'encre peuvent être utilisées pour réaliser de l'électronique flexible, mais sur un substrat plan essentiellement, 15 ou sur un support déjà fabriqué. Une équipe américaine a proposé d'imprimer des polymères piézoélectriques (US 2016/016369 ; Lee et al., « Electronic polling-assisted additive manufacturing processe for PVDF polymer-based piezoelectric device applications », Smart Mater. Struct. 23, 095044, 2014 ; Kirkpatrick et al., « Characterization of 3D printed piezoelectric sensors », Proceedings 20 of the IEEE Sensors 2016, 1409-1411, 2016) par impression 3D du polymère polyfluorure de vinylidène (PVDF). Dans le cas de ces études, le polymère PVDF fondu est à la fois soumis à des contraintes mécaniques d'étirement et un champ électrique. En effet, il est démontré la possibilité d'extruder un fil de PVDF en appliquant un champ électrique sous haute tension, à 6 kV, associé à des contraintes mécaniques lors du dépôt, ce qui permet de produire un fil 25 déposé, dont la constante de piézoélectricité d33 est extrêmement faible (0,36 pC/N). Cette faible valeur ne permet pas d'envisager des applications commerciales. Les faibles valeurs de la constante d33 résultent du faible taux de formation de la phase cristalline polaire du PVDF lors de l'impression. Les phases polaires permettent au matériau de présenter de bonnes propriétés piézoélectriques. De plus, le fil extrudé obtenu est un objet à une seule dimension et non pas un objet 3D multi-couches obtenu par fabrication additive de matière. 3 Ces différentes plateformes ou imprimantes permettent la fabrication d'objets mécatroniques et de capteurs nécessitant de fabriquer les structures séparément, puis de les assembler dans des chaînes industrielles pour réaliser la fabrication complète des objets et composants. Toutes les formes ne sont cependant pas réalisables, et le processus de 5 conception nécessite de prendre en compte la façon dont sera intégrée l'électronique dans l'objet. Ce processus est réalisable mais il n'est pas trivial. En effet, celui-ci est complexe, chronophage et impose des équipements coûteux. Par ailleurs, la réalisation des composants mécatroniques par assemblage limite la forme et le design des objets. En effet, pour être rentable, ce processus d'assemblage nécessite de gros volumes de production, et donc ne 10 permet pas la personnalisation. L'invention vise à surmonter les inconvénients et limitations précités de l'art antérieur. Plus particulièrement, elle vise à permettre la réalisation de composants ou dispositifs piézoélectriques par impression tridimensionnelle par dépôt de filament fondu de polymères avec une seule technologie, et à proposer une plateforme pour fabriquer les 15 parties structurelles et les parties fonctionnelles du composant ou dispositif piézoélectrique. Elle permet également une intégration optimale des composants, une grande liberté de forme, des cycles de conception et de fabrication courts, un coût réduit des matières premières et du dispositif d'impression et une recyclabilité partielle voire totale des pièces fabriquées. 20 Conformément à l'invention, ce but est atteint en utilisant, lors de l'impression 3D du composant piézoélectrique, la polarisation électrique par effet Corona, réalisée avantageusement à une température d'au moins 25 °C, pour rendre piézoélectrique au moins une partie du polymère déposé, celui-ci formant la structure mécanique du composant. 25 Un objet de l'invention est donc un procédé de fabrication d'un composant piézoélectrique comprenant une étape de fabrication d'une structure tridimensionnelle par impression tridimensionnelle par dépôt multicouches de fil fondu d'un matériau polymère, copolymère ou composite à base de polymère ou copolymère, sur un support d'impression comprenant au moins une partie conductrice, et une étape de polarisation électrique d'au 30 moins une partie de la structure tridimensionnelle, de manière à rendre piézoélectrique au 4 moins une partie de cette structure, caractérisé en ce que l'étape de polarisation électrique est une polarisation effectuée par effet Corona ou une polarisation par contact, l'étape de polarisation étant réalisée pendant ou à la suite de l'étape de fabrication de la structure mécanique, et caractérisé en ce qu'au moins une partie du support d'impression est 5 chauffante et présente une tension de surface supérieure à 70 mN/m. Selon des modes de réalisation de l'invention : l'étape de polarisation est réalisée à une température d'au moins 25 °C, préférentiellement à une température supérieure à 80 °C ; le matériau déposé est choisi parmi le PVDF, P(VDF-TrFE), PVF, PVC, 10 P(VDCN/VAc), PTUFB, Nylon-11, Nylon-11/PVDF, PVDF/PZT, et Caoutchouc/PZT ; le procédé comprend également une étape de fabrication d'une première électrode par impression tridimensionnelle par dépôt d'une encre conductrice, précédant l'étape de fabrication de la structure tridimensionnelle, et une étape de fabrication d'une seconde électrode par impression tridimensionnelle par 15 dépôt d'une encre conductrice, suivant l'étape de polarisation, au moins une partie du matériau étant déposée sur la première électrode, la première électrode formant la partie conductrice du support d'impression et au moins une partie de la seconde électrode étant déposée sur le matériau ; dans le cas où le procédé comprend la fabrication de deux électrodes, il peut 20 comprendre l'utilisation d'au moins deux têtes de dépôt distinctes pour le dépôt du matériau et de l'encre conductrice, et les deux étapes de fabrication d'électrode peuvent être suivies par une étape de séchage de l'encre conductrice par ultra-violet qui peut être réalisée par l'utilisation d'une source de lumière ultra-violette fixée sur la tête de dépôt de l'encre conductrice ; 25 l'étape de fabrication de la structure tridimensionnelle comprend le dépôt d'une couche d'un matériau conducteur sur une couche polarisée du matériau ; l'étape de polarisation est une polarisation effectuée par effet Corona, et dans ce cas, une tension positive peut être appliquée entre la partie conductrice du support d'impression et une buse d'impression placée au-dessus de la surface du 30 matériau déposé ou entre la couche de matériau conducteur et une buse d'impression placée au-dessus de la surface du matériau déposé ; et 5 le procédé comprend également une étape de génération d'un fichier d'impression pour la réalisation d'au moins un composant piézoélectrique, cette étape étant mise en oeuvre par ordinateur et comprenant : o Une sous-étape consistant à fournir à l'ordinateur des données 5 indicatives d'une position d'un ou plusieurs points de contact entre les électrodes et le matériau, d'une région spatiale où le composant doit être fabriqué, d'au moins une propriété électrique des matériaux composant le composant piézoélectrique, et d'une tension à appliquer pour l'étape de polarisation ; 10 o Une sous-étape de calcul d'une géométrie et des connections du composant par application aux données d'un modèle mathématique prédéfini ; et o Une sous-étape de génération du fichier d'impression permettant de réaliser la géométrie par impression tridimensionnelle du composant 15 piézoélectrique. Un autre objet de l'invention est un appareil pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'un des modes de réalisation de l'invention comprenant une imprimante tridimensionnelle du type par dépôt de fil fondu présentant au moins une tête de dépôt portée par un chariot d'impression et un support d'impression, caractérisé en ce que la tête 20 de dépôt est configurée pour déposer un matériau polymère, copolymère ou composite à base de polymère ou copolymère, et pour polariser par effet Corona ou par contact au moins une partie du matériau déposé et en ce que le support d'impression est chauffant. Selon un mode particulier de l'invention, l'appareil comprend un système informatique de génération d'un fichier d'impression pour piloter l'imprimante 25 tridimensionnelle de manière à fabriquer un composant piézoélectrique, le système informatique étant configuré pour : recevoir en entrée des données indicatives d'une position d'un ou plusieurs points de contact, d'une région spatiale où le composant doit être fabriqué, d'au moins une propriété électrique des matériaux composant le composant piézoélectrique et d'une 30 tension à appliquer pour l'étape de polarisation ; 6 - calculer une géométrie du composant par application aux données d'un modèle mathématique prédéfini ; et générer un fichier d'impression permettant de réaliser la géométrie par impression tridimensionnelle du composant piézoélectrique. 5 Encore un autre objet de l'invention est un système piézoélectrique comprenant deux électrodes conductrices entourant une structure tridimensionnelle multicouches piézoélectrique, caractérisé en ce que la structure tridimensionnelle et les électrodes sont réalisées d'un seul bloc par impression tridimensionnelle d'au moins un premier matériau polymère, copolymère ou composite à base de polymère ou copolymère formant ladite 10 structure tridimensionnelle et d'au moins un deuxième matériau conducteur formant les deux électrodes et en ce qu'au moins une partie de la structure tridimensionnelle est polarisée électriquement par effet Corona ou par contact. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux figures annexées données à titre d'exemple, et qui 15 représentent, respectivement : - La figure 1, un dispositif d'impression tridimensionnelle selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2, un diffractogramme de deux matériaux polymères imprimés selon un autre mode de réalisation de l'invention ; 20 - Les figures 3A - 3C, un capteur de vibration réalisé selon un autre mode de réalisation de l'invention, ainsi que ses réponses en tension de sortie ; et - Les figures 4A et 4B, les déplacements mesurés d'un actionneur réalisé selon le même mode de réalisation que le capteur de vibration en fonction de la tension appliquée et en fonction de la fréquence appliquée. 25 La figure 1 présente un dispositif d'impression tridimensionnelle 120 selon un mode de réalisation de l'invention. L'imprimante 120 comprend au moins une tête d'extrusion ou tête de dépôt 110, adaptée au dépôt d'un matériau polymère, portée par un chariot d'impression 121, mobile selon trois directions orthogonales x, y et z (la direction z correspondant à la direction d'extrusion de la tête de dépôt 110), grâce à un mécanisme de 7 déplacement 122 dont la structure n'est pas représentée en détail, car elle est conventionnelle, piloté par un système informatique 123 (ordinateur ou carte à microcontrôleur). Pour la réalisation de dispositifs complexes, l'imprimante 120 peut comprendre plusieurs têtes de dépôt distinctes pour faciliter le dépôt de plusieurs matériaux 5 différents, par exemple un matériau polymère 102 et un matériau conducteur 107. Une même tête peut cependant être utilisée pour déposer plusieurs matériaux différents, mais cela ralentit le procédé, car il faut procéder à des changements de matériau d'alimentation de la tête et introduit un risque de contamination. Ces têtes de dépôt peuvent être agencées côte à côté et être portées par un même chariot d'impression ou par des chariots 10 d'impression distincts. Un mécanisme d'actionnement 124 permet d'ajuster la position verticale (en z) relative de chaque tête de dépôt par rapport aux autres têtes ou par rapport à la surface d'impression. Cela permet en particulier de surélever les têtes inactives lors de la réalisation de structures complexes, où le risque de collision entre les têtes de dépôt et les éléments 15 déjà imprimés devient important. Même dans le cas d'une impression couche par couche simple, des résidus présents sur les têtes inactives, se trouvent déposés de façon involontaire et non contrôlée, ce qui peut altérer les propriétés esthétiques et fonctionnelles du dispositif final. Par exemple, cela peut conduire à des courts-circuits entre des pistes conductrices. 20 D'une manière conventionnelle, chaque tête de dépôt 110 comprend une buse 106, un bloc de chauffe 105, une visse coupe chaleur 103 et un radiateur 101. Le bloc de chauffe 105 comprend également une cartouche chauffante 104. Lors du dépôt du polymère 102, le filament de polymère 102 est entraîné par un moteur d'extrusion vers la buse 106. Le filament est enfoncé au travers de la visse 103 jusqu'au bloc de chauffe 105. Le bloc de 25 chauffe 105 transmet la chaleur aux bords de la buse 106 par conduction thermique. L'extrémité du filament 102 en contact avec les bords chauffants de la buse 106 fond, et le matériau fondu est éjecté de la buse 106 sous l'effet de la pression exercée par la partie non encore fondue du filament, qui agit comme un piston. Généralement, le filament est amené à la tête de dépôt 110 sous forme de bobine 125. 8 La température du bloc de chauffe dépend du matériau déposé. En effet, les différents matériaux ne sont pas toujours disponibles sur le marché sous forme de filaments pour l'impression 3D. Par exemple, les filaments de P(VDF-TrFE) n'existent pas sur le marché, les inventeurs ont donc dû adapter ce matériau et les paramètres d'impression pour réaliser 5 un objet imprimé en 3D. Par exemple, des nouveaux filaments à base de PVDF ou de copolymère P(VDF-TrFE) peuvent être fabriqués et être utilisés comme matières premières pour imprimer des objets à une température comprise entre 150 °C et 280 °C. Le polymère fondu s'écoule à travers la sortie de la buse 106. Le dépôt des polymères, et plus généralement des autres matériaux, s'effectue au-dessus d'un support d'impression 100. Le 10 support 100 et la tête de dépôt 110 peuvent se déplacer de manière à empiler les couches déposées ou à dessiner une forme géométrique avec le polymère déposé pour former un objet en trois dimensions. Le polymère déposé constitue alors la structure mécanique du composant piézoélectrique. Le contrôle de la quantité de matière par l'imprimante peut être réalisé par un simple 15 contrôle du poids, en connaissant la densité du filament, le poids de la bobine 125 (standard, mais peut être déduit de ses dimensions et de la densité du matériau constitutif), et le diamètre du filament. Le poids peut être mesuré par un simple capteur de pression, ou un capteur de force plus complexe. Par souci de précision, la mesure en temps réel du poids par le capteur peut être complétée par une approche plus classique qui consiste à utiliser un 20 capteur de contact pour mesurer le nombre de rotations effectuées par la bobine. A chaque tour, un compteur s'incrémente de 1. La longueur consommée pour un tour complet est égale au périmètre de la bobine ; en multipliant cette longueur par la section du filament et par sa densité, on obtient la quantité de matière déposée. La fiabilité de l'impression de la structure mécanique et fonctionnelle du composant 25 piézoélectrique dépend notamment de la précision du positionnement des différentes têtes de dépôt 110. Elle repose tout d'abord sur une procédure d'étalonnage automatisé pour l'espacement entre les têtes de dépôt 110 et le support 100 (selon la direction z), et pour la position des têtes dans le plan (x,y) du support 100. L'étalonnage de l'espacement entre les têtes de dépôt 110 et le support d'impression 30 100 en hauteur (z), et de la planéité du support 100 se fait généralement grâce à un capteur 9 de fin de course et un réglage des coins du support 100. Mais lorsqu'on utilise des supports de grande surface (par exemple de l'ordre de 20 cm x 20 cm ou plus), il devient difficile d'assurer sa planéité et donc l'utilisation d'un capteur de fin de course n'est pas satisfaisante. C'est pourquoi, un capteur capacitif 126 solidaire du chariot d'impression 121 5 peut être présent sur l'appareil d'impression 120. Ce capteur 126 permet d'étalonner le support 100 en plusieurs points sans le toucher et d'éviter les imprécisions mécaniques inhérentes aux capteurs mécaniques de fin de course couramment utilisés sur les servomoteurs. Le capteur capacitif 126 agit comme un interrupteur sans contact. A la différence d'un capteur inductif, il détecte des matériaux non-ferreux comme le verre, le 10 bois, la peau, etc ... Ce capteur 126 va tout simplement remplacer le contact de fin de course en étant installé directement sur le chariot d'impression 121. L'étalonnage de la position des têtes de dépôt 110 dans le plan (x,y) du support 100 est important afin de bien aligner ou empiler les couches de matériaux déposés avec les différentes têtes. Pour une première couche (réalisant par exemple, une surface de la 15 structure tridimensionnelle du composant piézoélectrique), un étalonnage initial est réalisé grâce au capteur capacitif 126 avec électrode de masse intégrée, et d'électrodes métalliques de masse placées dans les coins du support 100. En effet, à distance constante entre le capteur et le support, la capacité mesurée sera plus grande avec une pièce métallique entre les deux électrodes du capteur plutôt qu'avec un revêtement ou matériau isolant du 20 support. Néanmoins, le capteur capacitif fonctionne également avec des matériaux isolants, donc la présence de cette pièce métallique n'est pas obligatoire. Il est également possible de prendre d'autres points de mesure sur le support pour augmenter la précision. Pour les couches suivantes, en particulier quand plusieurs têtes d'impression sont utilisées, et donc plusieurs matériaux sont imprimés, l'alignement avec la couche précédente 25 et avec la partie imprimée avec un autre matériau doit être vérifiée à l'aide d'un asservissement visuel mettant en oeuvre une caméra 127 reliée à un système de traitement d'images, qui coïncide avec le système informatique de pilotage 123 dans le mode de réalisation de la figure 1. L'asservissement visuel est réalisé de la manière suivante : Une image de la surface d'impression, sur laquelle a été déposée au moins une 30 couche de matière est acquise par la caméra 127; éventuellement, plusieurs 10 images peuvent être acquises et moyennées pour améliorer le rapport signal à bruit ; - Un point de référence est choisi sur l'image, de manière automatique ou manuelle ; 5 - La position de ce point de référence sur l'image prise par la caméra 127 est comparée à sa position sur le modèle de la dernière couche déposée, déjà en mémoire dans l'imprimante 120; - La position du chariot d'impression 121 suivant les axes x et y est calculée, et stockée en mémoire ; 10 - L'impression de la couche supérieure prend en compte ces décalages éventuels. De préférence, la caméra d'étalonnage 127 peut être solidaire du chariot d'impression 121, avec une position relative par rapport aux têtes de dépôt 110 connue. Néanmoins, comme dans le cas de la figure 1, la caméra 127 peut être fixe et utiliser un repère visuel fixé au chariot d'impression 121 pour déterminer la position relative de ce 15 dernier par rapport au point de référence sur l'image. Afin d'obtenir un composant piézoélectrique, c'est-à-dire rendre piézoélectrique au moins une partie de la structure tridimensionnelle, formée par les différentes couches déposées, les domaines polaires qui constituent le matériau polymère déposé doivent être orientés sous un champ électrique, soit par l'effet Corona (polarisation sans contact), soit 20 par application d'un champ électrique élevé entre deux électrodes placées en-dessous et au- dessus de l'objet (polarisation par contact). Un système Corona peut être utilisé dans l'imprimante 120. Par exemple et avantageusement, le système Corona peut être fixé à la tête de dépôt 110 du polymère, et plus avantageusement la buse d'impression 106 du polymère est utilisée comme à un 25 système Corona. Typiquement, la buse d'impression 106 est déplacée au-dessus de la couche de polymère à une distance minimale de 1 mm de la couche déposée, et une tension d'au moins 10 kV est appliquée pendant au moins 5 s entre la buse d'impression 106 et une partie conductrice du support d'impression 100 relié à une masse électrique. Plus généralement, on appliquera une tension d'au moins 10 kV entre la buse d'impression 106 30 et un conducteur, qui peut être la partie conductrice du support d'impression 100 ou une 11 couche conductrice intercalaire déposée sur des couches de polymère déjà polarisées et sur laquelle sont déposées les couches à polariser. Par exemple, la distance entre la buse d'impression 106 et la couche de polymère déposée est de 2 cm, la tension appliquée est de 14 kV pendant 3 min. 5 Si la polarisation a lieu à température ambiante, les valeurs de d33 mesurées restent faibles et sont également instables au cours du temps. Les inventeurs se sont rendus compte qu'en effectuant la polarisation à une température plus élevée (par exemple entre 100 °C et 140 °C), on pouvait obtenir des valeurs de d33 importantes (jusqu'à 15 pC/N). Le tableau 1 indique les valeurs de d33 obtenues avec et sans polarisation. Ces constations restent 10 valables même lorsque le nombre de couches déposées augmente (cf. Tableau 2). Tableau 1: Valeurs de d33 pour un objet imprimé avec une température de polarisation comprise entre 100 °C et 140 °C Nombre de couches Epaisseur des couches d33 (pC/N) déposées déposées 10 1 mm -10 / 10 5 0,5 mm -10 / 11 1 0,1 mm -15 / 15 enduction (art antérieur) 0,028 mm -15 / 17,5 15 Tableau 2 : Valeurs de d33 pour différentes couches déposées Pour effectuer la polarisation à température élevée, au moins une partie du support d'impression 100 peut donc être chauffante. La polarisation des couches peut se faire au fur et à mesure du dépôt ou peut se faire à la fin du dépôt. On peut donc polariser chaque couche dès qu'elle est déposée ou polariser 20 l'ensemble des couches quand toutes les couches ont été déposées. De plus, afin que les différentes couches déposées adhérent au support 100, la partie chauffante du support présente une tension de surface supérieure à 70 mN/m (70 dynes/cm); cela est typiquement obtenu grâce à un revêtement adapté, par exemple au moyen d'un film à base de PET fonctionnalisé de manière à obtenir une tension de surface 13,5 0,3 d33 (pC/N) Sans polarisation Avec polarisation 12 supérieure à 70 dynes/cm. Le support d'impression 100 comprend donc au moins une partie conductrice et au moins une partie chauffante dont la tension de surface est supérieure à 70 mN/m. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, des électrodes peuvent également 5 être déposées. Dans ce cas, une première électrode 107 est imprimée. Elle constitue alors la partie conductrice du support d'impression 100 sur lequel le polymère est au moins en partie déposé. Une deuxième électrode est au moins en partie imprimée sur la couche de polymère polarisé. Ces électrodes peuvent être réalisées à base d'encre conductrice à base de solvant ou d'encre conductrice curable par ultraviolet ou à base de toute encre 10 conductrice que l'on peut sécher. Avantageusement, de l'encre conductrice curable par ultraviolet sera utilisée, car le séchage de l'encre à base de solvant est trop lent ou alors s'il est réalisé par traitement thermique, il peut entraîner des déformations des échantillons. La tête de dépôt de l'encre 111 est basée sur le système « doseur Eco-pen 300® » 128. Il s'agit d'un système de dosage volumétrique basé sur le principe du piston infini (utilisation d'une 15 « vis sans fin »). La tête de dépôt de l'encre peut être fixée au support de la tête de dépôt du polymère ou être indépendante. La forme de la couche d'électrode est réalisée grâce au mouvement des actionneurs 124 sur les axes x, y et z. Le débit de dépôt et les déplacements de la tête sont également pilotés par le système informatique de pilotage 123. L'impression d'une électrode consiste, par exemple, à déposer une couche d'encre conductrice en argent 20 d'une épaisseur de 50 am. Puis l'encre est soumise à un rayonnement ultraviolet pour le séchage. Cela permet d'avoir un séchage local qui est plus rapide et efficace qu'un séchage avec un four ou une lampe, le séchage avec un four pouvant également abimer le polymère polarisé (par exemple, perte de la polarisation quand la température augmente). La source ultraviolette 129 peut être fixée à la tête de dépôt de l'encre, avantageusement, la source 25 UV est une fibre optique UV. Comme pour le dépôt du polymère, il est également possible d'empiler les couches d'encre de manière à créer des électrodes en 3D ou à créer des pistes conductrices aux extrémités des électrodes. Afin de faciliter la mise en oeuvre de l'impression, les têtes de dépôt du polymère et de l'encre conductrice sont distinctes. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le polymère peut également être 30 polarisé durant son dépôt. Une buse d'impression placée au-dessus de la surface du matériau polymère déposé est reliée à un générateur haute tension par un câble spécial. Le 13 câble permet de supporter des tensions de quelques kilovolts, par exemple entre 15 kV et 30 kV et il est souple afin de pouvoir suivre la buse d'impression. Le générateur permet alors d'appliquer, durant l'impression, une tension positive entre la buse d'impression placée au-dessus de la surface du matériau polymère déposé et la partie conductrice du support 5 d'impression 100. Avantageusement, cette buse est la buse d'impression du matériau polymère. Les paramètres de polarisation et tension sont envoyés au générateur par le système informatique de pilotage 123. Durant cette étape d'impression et polarisation, une ou plusieurs couches de matériau polymère peuvent être déposées. Une tension de 2,5 x z kV/mm est appliquée pendant le dépôt, avec z la distance entre la tête de dépôt et la 10 partie conductrice du support. Cette polarisation est dite polarisation par contact. Selon des modes de réalisation de l'invention, la buse 106 peut être en métal ou en céramique. La visse coupe chaleur 103 peut être en aluminium ou en céramique, par exemple en nitrure d'aluminium. Le bloc de chauffe 105 peut être en céramique, et le radiateur 101 peut être en aluminium. Néanmoins, si la buse d'impression 106 du polymère 15 est en métal (par exemple en laiton ou en acier inoxydable) et qu'elle est utilisée pour la polarisation donc reliée à une source de haute tension, l'amplitude de la tension appliquée pour la polarisation est limitée par la tension de claquage. Cette tension de claquage représente la valeur de tension à partir de laquelle une décharge électrique se produit entre la buse et un autre élément conducteur possédant un potentiel inférieur (le cas échéant mis 20 à la terre, soit 0 V). Pour éviter que de telles décharges se produisent entre la buse 106 et la cartouche chauffante 104, le bloc de chauffe 105 doit être réalisé avec un matériau céramique diélectrique. La céramique doit présenter une bonne conductivité thermique. Les principales céramiques alliant bonne conductivité thermique et bonne constante diélectrique sont l'alumine (38), le nitrure d'aluminium (285), l'oxyde de bérillyum (370), le 25 nitrure de bore (300) et le nitrure de bore cubique (1300). Par ailleurs, pour augmenter la tension de claquage et donc la tension appliquée pour la polarisation, il suffit d'augmenter la distance entre la cartouche chauffante 104 et la buse 106. Cependant, en augmentant cette distance, on augmente le volume du bloc de chauffe 105 et par conséquent la puissance nécessaire pour atteindre les températures d'extrusion. Cette distance dépend de la 30 constante électrique de la céramique constituant le bloc de chauffe 105. Par exemple, pour obtenir une tension de claquage de 10 kV, les inventeurs ont calculé une distance de 2,5 mm 14 entre la buse 106 et la cartouche chauffante 104 pour une céramique ayant une constante électrique de 65 kV/mm. Le matériau déposé 102 peut être un polymère, un copolymère ou un composite à base de polymère ou copolymère. Par exemple, le matériau déposé est de type PVDF, cela 5 comprend le PVDF, les polymères et copolymères à base de PVDF ou les composites ayant un polymère ou copolymère à base de PVDF comme matrice. Le matériau déposé peut contenir, par exemple, des particules céramiques piézoélectriques. Plus généralement, le matériau déposé, dit matériau polymère, contient des domaines polaires pouvant être orientés, les polymères de type PVDF en sont d'ailleurs un exemple. Avantageusement, le 10 polymère déposé est un copolymère, et plus particulièrement du P(VDF-TrFE). Contrairement au PVDF, lors de son impression, le P(VDF-TrFE) présente un taux de phase p important (diffractogramme de la figure 2, présentant le taux de phase p pour le PVDF et le P(VDF-TrFE) après une impression selon un même mode de réalisation de l'invention). Cela permet d'obtenir un coefficient piézoélectrique d33 jusqu'à 15 pC/N pour le P(VDF-TrFE) 15 alors que pour le PVDF imprimé, d33 reste inférieur à 0,8 pC/N. Le matériau polymère déposé est par exemple choisi parmi : PVDF, P(VDF-TrFE), PVF, PVC, P(VDCN/VAc), PTUFB, Nylon-11/PVDF, PVDF/PZT, et Caoutchouc/PZT. Afin de faciliter la conception des composants piézoélectriques imprimés, une interface de conception 130 est avantageusement prévue. Cette interface 130 est un 20 système informatique (ordinateur, réseau d'ordinateurs, carte à microprocesseur ...) programmée pour recevoir en entrée des paramètres d'un composant piézoélectrique à fabriquer, tels que les propriétés électriques souhaitées, la position de ses points de prise de contact, son emplacement au sein ou à la surface d'une structure mécanique, etc et de fournir en sortie, grâce à l'application d'algorithmes appropriés, un fichier d'impression 25 (généralement au format G-Code) qui permet le pilotage de l'imprimante tridimensionnelle 120. L'interface 130 est notamment composée d'un logiciel de conception assistée par ordinateur 131, dit logiciel de CAO, d'un plugin 132 exécuté par le logiciel de CAO 131, d'un logiciel 135, dit logiciel P-Tronics, et d'un « slicer » 136. Le plugin 132 permet de transmettre 30 le modèle 3D conçu par l'utilisateur dans le logiciel de CAO 131 au logiciel P-Tronics 135 ainsi 15 que les matériaux et les paramètres choisis. Ce plugin 132 permet avantageusement au logiciel P-Tronics 135 de recevoir le modèle 3D conçu par n'importe quel logiciel de CAO. Le logiciel P-Tronics 135 permet à l'utilisateur d'ajouter des composants et/ou de modifier le modèle 3D reçu, de communiquer avec le slicer 136 qui permet d'analyser et visualiser une 5 image 3D couche par couche et de convertir le modèle 3D en G-Code utilisable par l'imprimante 120 et de fournir à l'imprimante 120 un fichier d'impression 133 en G-Code. Avantageusement, le logiciel de CAO 131,1e plugin 132 et le logiciel 135 peuvent faire appel à une base de données 134 regroupant une bibliothèque de composants, de matériaux, etc .... Le logiciel 135 et le slicer 136 permettent de : 10 - Générer un composant seul ; - Générer des composants et des pistes conductrices au sein d'un document CAO (document créé par le logiciel de CAO); - Modifier des réglages de chaque sous-partie du document CAO (comme le matériau, les motifs d'impression, la tension appliquée lors de la polarisation ...) ; 15 - Modifier des réglages globaux d'impression (épaisseur de couche, type de filament ...); et - Conversion du document CAO en G-Code. Pour la génération de composant seul, l'utilisateur choisit, dans le logiciel de CAO 131, le type de composant à générer, puis les paramètres du composant, comme ses 20 dimensions ou les paramètres spécifiques à chaque type de composant. Un document CAO est alors créé, contenant uniquement le composant souhaité (et si besoin une couche de support isolante de même dimensions). Dans ce document CAO, l'utilisateur peut alors générer de nouveaux composants et/ou des pistes conductrices. Pour cela, il délimite des zones dans le document, définissant l'emplacement et la taille des nouveaux composants à 25 générer. Pour chacune des zones, l'utilisateur spécifie le type de composant à générer ainsi que ses paramètres (par exemple, les paramètres électriques). Puis l'utilisateur exécute le plugin 132 qui va lui-même exécuter le logiciel P-Tronics 135, afin de générer les nouveaux composants. Le logiciel 135 examine le document CAO afin d'identifier les zones représentant ces nouveaux composants à générer. Pour chaque zone, il génère un 30 composant seul et l'insère dans le document CAO sur la zone délimitée par l'utilisateur. 16 L'utilisateur peut également modifier certaines propriétés d'un composant généré ou d'une partie du composant ou de tout autre objet qu'il a modélisé lui-même dans le logiciel de CAO 131, comme par exemple les propriétés électriques du matériau (isolant, conducteur, piézoélectrique), le motif d'impression, l'espacement des fils, la tension 5 appliquée pour la polarisation, etc ... Dans le cas d'un composant généré automatiquement par le logiciel 135, ces réglages sont pré-assignés, mais quand même modifiables par l'utilisateur. L'utilisateur a également la possibilité de modifier les réglages globaux de l'impression, comme la qualité d'impression, ou les matériaux présents dans chaque tête de 10 dépôt. Le logiciel 135 permet de prendre en compte tous les composants et les réglages donnés par l'utilisateur pour la génération du fichier d'impression 133 en G-Code. Si aucun réglage particulier n'est donné par l'utilisateur sur une sous-partie, cette sous-partie sera imprimée avec un matériau par défaut (isolant). Pour la création de pistes conductrices, l'utilisateur a le choix entre un processus 15 manuel et un processus automatique. Pour le processus manuel, l'utilisateur construit, dans le document CAO, des segments représentant les pistes conductrices à générer. Les extrémités de ces pistes peuvent : - être reliées entre elles ; ou 20 - reliées à des composants ; ou - n'être reliées à aucun élément. Quand l'utilisateur demande logiciel 135, via le plugin 132, de générer ces pistes, le logiciel 135 examine le document CAO pour identifier les pistes à générer, c'est-à-dire les segments construits par l'utilisateur. Pour chaque segment de type « même couche », c'est- 25 à-dire un segment restant dans un même couche, donc dans un même plan (x, y), il génère un pavé droit suivant le tracé du segment, de même longueur que la taille du segment, de la largeur d'une piste et de hauteur époisseur''hex num_couches pistes. Pour chaque segment de type « via », c'est-à-dire un segment traversant plusieurs couches, donc selon l'axe z, le logiciel 135 génère un pavé droit suivant le tracé vertical du 17 segment, dont la hauteur est égale à la taille du segment et dont les deux autres dimensions sont égales à l'épaisseur du via. Les pavés droits ainsi générés sont unifiés en pistes conductrices pour chaque ensemble connecté de segments, et les volumes 3D résultants sont intégrés dans le document CAO au même endroit que les segments correspondants. 5 Pour le processus automatique, l'utilisateur sélectionne : - une paire de composants dans le document CAO ; ou - un composant et un point de liaison ; ou encore - une paire de points de liaison, les points de liaison étant construits préalablement par l'utilisateur. 10 L'utilisateur indique au logiciel 135 que ces deux objets doivent être reliés et le plugin enregistre cette relation dans le document CAO. Si besoin est, l'utilisateur peut également préciser à quelle entrée ou sortie est relié un composant, si celui possède plusieurs terminaisons. Puis, le logiciel 135 va générer les pistes conductrices reliant les deux objets. Il va d'abord générer des segments reliant les différents objets. Plusieurs cas sont alors 15 possibles : - Pour les extrémités de pistes : o Dans le cas d'un composant sans emplacements de connexion particuliers, l'extrémité de la piste se trouve sur le bord du composant le plus proche de l'objet à relier, 20 o Dans le cas d'un composant disposant de plusieurs emplacements de connexion, l'emplacement choisi par l'utilisateur définit l'extrémité de la piste, o Dans le cas d'un point de liaison, le point constitue l'extrémité de la piste ; - Pour les tracés des segments : 25 o Les parties du document constituées de matériau isolant sont découpées en voxels de dimensions max[larg eurpiste; épaisseurvia] + séparationpistes les voxels formés ne sont pas forcément constitués uniquement de matériau isolant ; - Pour chaque paire d'objets à relier : 18 o Les voxels ne contenant pas 100% de matériau isolant sont marqués comme invalides, car ils peuvent en effet contenir des pistes précédemment générées, les autres voxels étant considérés comme valides, 5 o Le logiciel part d'une extrémité de la paire d'objets à relier, et la relie à l'autre extrémité en générant des segments (de type « même couche » ou « même via »), les segments peuvent éventuellement traverser des voxels valides, et dans ce cas, ils passent par le centre de ces voxels, o L'ensemble des segments ainsi générés constitue une piste conductrice 10 reliant les deux objets, Puis les segments produits sont automatiquement transformés en volumes 3D de la même manière que le processus manuel. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, une puce électronique ou une carte électronique peut être insérée sur la structure tridimensionnelle du composant 15 piézoélectrique. En effet, l'imprimante 3D décrite n'est pas capable d'imprimer l'équivalent d'un microprocesseur. Il faut donc pouvoir l'ajouter à l'objet et le programmer pour prendre en compte l'ensemble des composants présents dans le composant piézoélectrique. L'ajout de la puce est facilité par la génération de connecteurs spécifiques par le logiciel 135, dit connecteur pour puces. Ce type de composant permet d'accueillir une carte électronique ou 20 une puce munie de pattes métalliques, grâce à des trous disposés selon la même configuration et de profondeur appropriée. Il fournit un certain nombre de terminaisons auxquelles des pistes conductrices peuvent être connectées. La connaissance par le logiciel 135 des pistes reliées à chaque patte permet également de générer un code sur mesure pour la carte ou la puce destiné à piloter les composants qui y sont connectés, ce qui 25 permettra de rendre le composant piézoélectrique imprimé immédiatement fonctionnel. La figure 3A présente un capteur de vibration fabriqué selon un des modes de réalisation de l'invention. Ce capteur a été imprimé avec des encres conductrices en argent et un matériau polymère en P(VDF-TrFE). Ses dimensions sont de 30x30x1 mm3. Les valeurs de d33 pour ce capteur sont proches de 13 pC/N. La figure 3B présente la réponse du 30 capteur, c'est-à-dire sa tension de sortie, en fonction du temps pour différentes fréquences 19 de vibration. La figure 3C présente la réponse du capteur en fonction de l'amplitude de vibration pour différentes fréquences de vibration. Un actionneur a été fabriqué selon un des modes de réalisation de l'invention. Cet actionneur a été imprimé avec des encres conductrices en argent et un matériau polymère 5 en P(VDF-TrFE). Ses dimensions sont identiques à celles du capteur présenté à la figure 3 : 30 x 30 x 1 mm3. Les valeurs de d33 pour cet actionneur sont proches de 13 pC/N. La figure 4A présente le déplacement de l'actionneur en fonction de la tension appliquée à 1 kHz et la figure 4B présente le déplacement de l'actionneur REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un composant piézoélectrique comprenant : - une étape de fabrication d'une structure tridimensionnelle par impression tridimensionnelle par dépôt multicouches de fil fondu d'un matériau polymère, copolymère ou composite à base de polymère ou copolymère, sur un support d'impression comprenant au moins une partie conductrice ; et - une étape de polarisation électrique d'au moins une partie de la structure tridimensionnelle, de manière à rendre piézoélectrique au moins une partie de cette structure, caractérisé en ce que l'étape de polarisation électrique est une polarisation effectuée par effet Corona ou une polarisation par contact, l'étape de polarisation étant réalisée pendant ou à la suite de l'étape de fabrication de la structure mécanique, et caractérisé en ce qu'au moins une partie du support d'impression est chauffante et présente une tension de surface supérieure à 70 mN/m. 2. Procédé de fabrication d'un composant piézoélectrique selon la revendication 1dans lequel l'étape de polarisation est réalisée à une température d'au moins 25 °C, préférentiellement à une température supérieure à 80 °C. 3. Procédé de fabrication d'un composant piézoélectrique selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit matériau est choisi parmi PVDF, P(VDFTrFE), PVF, PVC, P(VDCN/VAc), PTUFB, Nylon-11, Nylon-11/PVDF, PVDF/PZT, et Caoutchouc/PZT. 4. Procédé de fabrication d'un composant piézoélectrique selon l'une des revendications précédentes comprenant une étape de fabrication d'une première électrode par impression tridimensionnelle par dépôt d'une encre conductrice, précédant ladite étape de fabrication de la structure tridimensionnelle, et une étape de fabrication d'une seconde électrode par impression tridimensionnelle par dépôt d'une encre conductrice, suivant ladite étape de polarisation, au moins une partie 2 dudit matériau étant déposée sur la première électrode, la première électrode formant ladite partie conductrice dudit support d'impression et au moins une partie de la seconde électrode étant déposée sur ledit matériau. 5 5. Procédé de fabrication d'un composant piézoélectrique selon la revendication 4 comprenant l'utilisation d'au moins deux têtes de dépôt distinctes pour le dépôt dudit matériau et de ladite encre conductrice. 6. Procédé de fabrication d'un composant piézoélectrique selon l'une des 10 revendications 4 et 5 dans lequel les deux dites étapes de fabrication d'électrode sont suivies par une étape de séchage de ladite encre conductrice par ultra-violet. 7. Procédé de fabrication d'un composant piézoélectrique selon la revendication 6 comprenant l'utilisation d'une source de lumière ultra-violette fixée sur la tête de 15 dépôt de ladite encre conductrice pour ledit séchage ultra-violet. 8. Procédé de fabrication d'un composant piézoélectrique selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape de fabrication de la structure tridimensionnelle comprend le dépôt d'une couche d'un matériau conducteur sur 20 une couche polarisée dudit matériau. 9. Procédé de fabrication d'un composant piézoélectrique selon l'une des revendications précédentes dans lequel ladite étape de polarisation est une polarisation effectuée par effet Corona. 25 10. Procédé de fabrication d'un composant piézoélectrique selon la revendication 9, dans lequel durant ladite étape de polarisation effectuée par effet Corona, une tension positive est appliquée entre la partie conductrice du support d'impression et une buse d'impression placée au-dessus de la surface du matériau déposé ou entre la 30 couche de matériau conducteur et une buse d'impression placée au-dessus de la surface du matériau déposé. 3 11. Procédé de fabrication d'un composant piézoélectrique selon l'une des revendications précédentes comprenant également une étape de génération d'un fichier d'impression pour la réalisation d'au moins un dit composant piézoélectrique, 5 ladite étape étant mise en oeuvre par ordinateur et comprenant : - une sous-étape consistant à fournir audit ordinateur des données indicatives d'une position d'un ou plusieurs points de contact entre les électrodes et ledit matériau, d'une région spatiale où ledit composant doit être fabriqué, d'au moins une propriété électrique des matériaux composant ledit composant piézoélectrique, et 10 d'une tension à appliquer pour l'étape de polarisation ; - une sous-étape de calcul d'une géométrie et des connections dudit composant par application auxdites données d'un modèle mathématique prédéfini ; et - une sous-étape de génération dudit fichier d'impression permettant de réaliser ladite géométrie par impression tridimensionnelle dudit composant piézoélectrique. 15 12. Appareil pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 11 comprenant une imprimante tridimensionnelle du type par dépôt de fil fondu présentant au moins une tête de dépôt portée par un chariot d'impression et un 20 support d'impression, caractérisé en ce que la tête de dépôt est configurée pour déposer un matériau polymère, copolymère ou composite à base de polymère ou copolymère, et pour polariser par effet Corona ou par contact au moins une partie dudit matériau déposé et en ce que le support d'impression est chauffant. 25 13. Appareil selon la revendication 12, dans lequel l'appareil comprend un système informatique de génération d'un fichier d'impression pour piloter ladite imprimante tridimensionnelle de manière à fabriquer un composant piézoélectrique, ledit système informatique étant configuré pour : 30 - recevoir en entrée des données indicatives d'une position d'un ou plusieurs points de contact, d'une région spatiale où ledit composant doit être fabriqué, d'au moins une propriété électrique des matériaux composant ledit composant piézoélectrique et d'une tension à appliquer pour ladite étape de polarisation ; 4 - calculer une géométrie dudit composant par application auxdites données d'un modèle mathématique prédéfini ; et - générer un fichier d'impression permettant de réaliser ladite géométrie par impression tridimensionnelle dudit composant piézoélectrique. 5 14. Système piézoélectrique, fabriqué par un procédé selon l'une des revendications 1 à 11, comprenant deux électrodes conductrices entourant une structure tridimensionnelle multicouches piézoélectrique, caractérisé en ce que la structure tridimensionnelle et les électrodes sont réalisées d'un seul bloc par impression 10 tridimensionnelle d'au moins un premier matériau polymère, copolymère ou composite à base de polymère ou copolymère formant ladite structure tridimensionnelle et d'au moins un deuxième matériau conducteur formant les deux électrodes et en ce qu'au moins une partie de la structure tridimensionnelle est polarisée électriquement par effet Corona ou par contact. 15