Les microsystèmes sont utilisés dans de nombreux domaines tels que la santé ou le nucléaire. De nombreuses fonctions peuvent être intégrées dans un microsystème et il existe par exemple des microsystèmes de culture cellulaire, d’analyse chimique ou encore de synthèse en gouttelettes. Dans les laboratoires académiques, les microsystèmes sont majoritairement fabriqués par lithographie douce en utilisant par exemple du PDMS. Alternativement, des entreprises spécialisées permettent l’achat de microsystèmes en verre ou en thermoplastique sur catalogue ou à façon.

Les techniques de micro-fabrication et notamment le micro-usinage permettent cependant le prototypage rapide (quelques jours) de microsystèmes, au plus proche de l’application. Le choix du matériau est une étape critique tant pour l’application visée que pour l’étape de fabrication. Le polyméthacrylate de méthyle (PMMA - Nom commercial Plexiglas) est un matériau communément utilisé pour la fabrication de microsystèmes mais dont la résistance chimique aux acides et aux solvants est limitée.

Le développement du micro-usinage avec des matériaux thermoplastiques alternatifs au PMMA est ainsi crucial pour des applications où des propriétés de résistance chimique ou des propriétés optiques spécifiques sont recherchées. L’optimisation de l’étape de micro-usinage est complexe avec de nombreux paramètres à définir comme la vitesse de rotation de l’outil, les vitesses d’avances, la profondeur de passe, le choix du lubrifiant, la température d’usinage, etc. 

L’objectif de ce post-doctorat est d’étudier la possibilité de l’usinage de matériaux alternatifs au PMMA et d’optimiser les paramètres de fabrication associés. Le post-doctorat débutera par la sélection des matériaux en fonction des applications visées (propriétés optiques, physiques et chimiques). Les matériaux seront choisis parmi la famille des thermoplastiques (PC, POM, PS, PEHD, PEEK, PVC, PP, PTFE, ULTEM, etc). L’usinage pour ces matériaux sera ensuite optimisé en utilisant une micro-fraiseuse à commande numérique installée au laboratoire. Cet équipement permet la fabrication de canaux ayant des dimensions de l’ordre de quelques dizaines de micromètres. Le/La candidat(e) pourra développer son expertise en usinage de haute précision en utilisant les équipements du laboratoire.

Cette optimisation sera réalisée en caractérisant les surfaces et canaux obtenus avec les instruments disponibles au laboratoire ou au CEA (profilométrie optique ou mécanique, microscopie optique, microscopie électronique à balayage). La précision de l’usinage sera vérifiée avec des tolérances requises de l’ordre de la dizaine de micromètres ou moins. Les résultats obtenus seront rationalisés en fonction des propriétés mécaniques des matériaux afin d’établir des hypothèses a priori sur l’usinage des thermoplastiques.