Concours CPGE 2025 - CCINP - Épreuve de Sciences Industrielles de l’Ingénieur - Filière TSI - Imprimante NAZCA de Hummink

Hummink

Hummink est une start-up de fabrication additive (procédés permettant de fabriquer, par ajout de matière, un objet physique à partir d’un objet numérique) aux échelles nano et micrométriques. Elle a été fondée en 2020. Cette start-up repose sur une technologie brevetée inspirée de la microscopie à force atomique et qui permet d’atteindre des dimensions d’impression de l’ordre de 50 nm (dix fois plus petit que le diamètre d’un cheveu) avec une précision de positionnement de 20 nm. La versatilité de la technologie permet d’imprimer avec tout type d’encre (des encres métalliques conductrices aux résines) sur tout type de surface. Cette méthode de dépôt (utilisée dans l’imprimante NAZCA) fait appel à l’utilisation de pipettes nano et micrométriques, avec des tailles et des matériaux adaptés au type de rendu attendu par le client. À cette échelle, les effets de viscosité, de séchage et de tension de surface sont exacerbés et représentent un réel défi. Avec cette technologie, Hummink vise à fournir aux acteurs des semi-conducteurs, de l’affichage et du diagnostic in vitro, les outils pour concevoir facilement et rapidement des objets à l’échelle nanométrique.

Imprimante NAZCA

La NAZCA ressemble à une imprimante 3D, cependant pour l’axe vertical elle utilise une pièce métallique (nommée par la suite diapason), qui est excitée par un résonateur piézo-électrique et sur laquelle est fixée une micropipette du liquide à déposer. En étudiant la fréquence d’oscillation du diapason, on peut savoir si la micropipette, à son extrémité, est en contact ou non avec la surface de dépôt de l’encre. Le capteur en position sur la direction verticale est un accéléromètre qui est utilisé pour étudier la fréquence d’oscillation du diapason. On distinguera deux états, l’oscillation "libre" et l’oscillation de "contact".

Lorsque la micropipette vibre dans l’air, sa fréquence de résonance est plus faible que lorsqu’un ménisque liquide fait la jonction entre la micropipette et la surface de dépôt.

C’est le principe de l’AFM (microscope à force atomique) qui est utilisé dans la NAZCA et qui exploite la modification de fréquence de résonance d’un objet soumis à une fréquence d’oscillation donnée lorsqu’il s’approche d’une surface.

La problématique de ce sujet porte sur :

− la mise en vibration du diapason avec une amplitude et une fréquence d’oscillation contrôlées et à l’étude du comportement de l’actionneur piézo-électrique et de son alimentation ;

− l’étude statique et dynamique du déplacement de la micropipette selon la direction verticale ;

− le respect des performances d’asservissement du déplacement de la micropipette.

Problématique

Vérifier la capacité de la NAZCA à répondre aux exigences du cahier des charges du point de vue des performances dynamiques attendues pour le dépôt de substrat.

Le sujet et le corrigé de cette épreuve sont également disponibles sur le site de l’UPSTI (Union des Professeurs de Sciences et Techniques Industrielles)

https://www.upsti.fr/espace-etudiants/annales-de-concours