La plateforme de fabrication additive FAN-P (Fabrication Additive Normandie - Polymère) en collaboration avec l’entreprise Ultimetas, spécialisée dans la conception d’antenne à métasurface (*), ont récemment montré la faisabilité de la fabrication de prototypes d’antennes haute fréquence pour les communications cellulaires en 5G, voire la 6G, a bas coût.

Le prototype combine impression 3D de polymères photoréticulables et sérigraphie d’encre conductrice. Une technologie qui, selon ses promoteurs, ouvre la voie à une production rapide et économique de métasurfaces compactes, une brique essentielle pour les télécommunications de demain. Et ce en proposant à la fois pour ces antennes une miniaturisation, une reconfigurabilité, une efficacité énergétique et une polyvalence d’utilisation.

Ces antennes à métasurface, composées de structures microscopiques aux propriétés électromagnétiques spécifiques, redéfinissent les technologies sans fil en manipulant les ondes électromagnétiques avec une précision élevée (c’est le principe des metasurfaces).

Ainsi, contrairement aux antennes classiques ces dispositifs ultra-minces et légers s’adaptent dynamiquement aux fréquences de la 5G et de l’IoT permettant des usages innovants, en combinaison notamment avec des logiciels d’intelligence artificielle (IA).

Toujours selon les promoteurs de cette approche, les antennes actuelles, fabriquées par des procédés traditionnels (usinage, lithographie), restent coûteuses et peu adaptées aux itérations rapides. Pour y remédier, les ingénieurs de la plateforme PFAN-P ont exploré des résines photopolymères compatibles avec l’impression 3D, capables de servir de substrats diélectriques optimisés pour les hautes fréquences, de 27 à 44 GHz).

Cette production intégrée et agile repose sur trois étapes clés.

La première est une impression 3D du substrat réalisée sur une machine du réseau normand FAN utilisant la technologie dites MSLA (**). Cette étape permet de produire en quelques minutes des disques diélectriques de 1 mm d’épaisseur avec une précision de 0,02 mm.

La seconde est une sérigraphie d’encre conductrice, i.e un dépôt d’encre argentée qui crée les motifs conducteurs. Cette étape est réalisée par la société Heatslef, membre du réseau NAE (***).

Troisième étape, l’élément d’antenne ainsi fabriqué est ensuite fixé sur un plan de masse, une surface conductrice servant de référence électrique, afin de finaliser la fabrication. Les tests en laboratoire dans les locaux de la société Ultimetas ont confirmé un gain comparable à celui des antennes traditionnelles, mais avec une réduction du poids et du coût, garantissant des performances électromagnétiques comparables aux méthodes conventionnelles.

Avec comme avantages concrets, selon les concepteurs de cette technologie, un coût réduit lié à l’impression 3D et à la sérigraphie manuelle qui réduisenbt les coûts de prototypage, et un gain de temps, puisque un prototype fonctionnel est réalisable en moins de 24 heures, contre plusieurs semaines actuellement.

Enfin, cette approche apporte un certain niveau d’adaptabilité, car la modularité des résines et des motifs conducteurs permettent des designs sur mesure pour l’aérospatial, la défense ou les réseaux télécoms.

D’ores et déjà l’équipe à l’initiatice de ces travaux réfléchit à industrialiser le procédé. A terme, cette technologie pourrait équiper les futures générations de satellites, drones ou infrastructures 6G.

(*) Issue des recherches de laboratoires italien et français, Ultimetas conçoit, simule et réalise des antennes à métasurfaces simplifiant les architectures électroniques réseaux classiques fondées sur une approche d’interférences d’ondes de surface

(**) MLSA, pour stéréolithographie masqué, est une technologies d'impression 3D fondé sur la stéréolithographie masquée (MSLA) font partie des technologies d'impression 3D

(***) Le NAE - Normandie AeroEspace - est le réseau des professionnels de l'aéronautique, du spatial, de la défense et de la sécurité en Normandie