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Étude de cas

Impression 3D de cartouches de puces SERS sur mesure chez PicoFoundry


Imprimante 3D Stratasys chez PicoFoundry

Comparaison : impression 3D LCD vs DLP

Nous avons réalisé des impressions sur des écrans LCD et DLP afin que vous puissiez constater par vous-même la différence entre les deux.

Profil du client

Fondée en 2018 par des enseignants-chercheurs et des anciens étudiants de l’Institut coréen des sciences et technologies avancées (KAIST), PicoFoundry est une entreprise innovante qui se distingue dans le domaine de la Deep Tech. PicoFoundry a commercialisé avec succès une puce de spectroscopie Raman à effet de surface renforcé (SERS) grâce à sa technologie exclusive d’« impression par nanotransfert thermique ».

La technologie SERS permet une détection rapide et précise de substances en traces, ce qui la rend très prometteuse dans divers domaines tels que la sécurité alimentaire, la surveillance environnementale et le diagnostic précoce des maladies. PicoFoundry a été la première entreprise au monde à réussir la production en série de puces SERS à l’aide de la technologie d’impression par transfert. En 2020, elle a lancé la commercialisation de ses produits et fournit actuellement plus de 70 instituts de recherche et entreprises à travers le monde, s’imposant ainsi comme le leader incontesté du marché dans ce domaine.

Diagram of SERS chip production

Défi

Bien que la puce SERS de PicoFoundry fût techniquement avancée, sa commercialisation à grande échelle se heurtait à des obstacles majeurs. En effet, même les puces SERS à précision élevée ne peuvent pas être utilisées immédiatement par les utilisateurs finaux dans un contexte expérimental.

Pour optimiser les performances de la puce et améliorer le confort d’utilisation, il est essentiel de disposer d’une cartouche robuste, capable à la fois de protéger la puce et de la fixer avec précision à l’équipement d’analyse. Le problème était que chaque client utilisait un équipement de spectroscopie Raman différent ; PicoFoundry devait donc développer une large gamme de cartouches sur mesure pour répondre à des spécifications variées.

Au cours de la phase initiale de pénétration du marché, la fabrication de nombreux types de cartouches en petites quantités posait des défis économiques avec le moulage par injection traditionnel. La fabrication des moules à elle seule peut coûter des dizaines de milliers de dollars et prendre plusieurs mois, ce qui constitue un obstacle majeur pour les start-ups pour lesquelles les itérations rapides de conception et les tests de marché sont essentiels. L’usinage CNC présente également des limites : il est moins adapté à la création de structures internes complexes et s’accompagne de l’inconvénient supplémentaire de coûts de production élevés.

Examples of chips

Avant l'apparition des imprimantes 3D, il était pratiquement impossible de modifier la conception des cartouches, mais il est désormais possible de créer et d'évaluer des échantillons en temps réel. « L'impression 3D offre une grande liberté de conception sur mesure, permettant d'optimiser la conception en fonction de la taille de la puce SERS souhaitée par le client et de l'équipement spectroscopique utilisé, ce qui permet une production sur mesure avec une précision dimensionnelle adaptée à l'usage prévu. »

Impact

Depuis la mise en œuvre des solutions d’impression 3D Stratasys, PicoFoundry a constaté des améliorations majeures en termes de rapidité du développement produit et de souplesse de conception, tout en élargissant son portefeuille de produits avec une gamme variée de types de cartouches. Auparavant, la création de nouveaux prototypes par modification de la conception des cartouches nécessitait un temps et des coûts considérables. Désormais, les conceptions requises peuvent être imprimées et testées immédiatement. Le cycle de développement du produit a été considérablement raccourci grâce à la production d’échantillons reflétant les modifications de conception en temps réel, ainsi qu’à l’identification immédiate des problèmes et à l’élaboration de plans d’amélioration. Cette capacité de prototypage rapide a considérablement réduit le temps de développement du produit et a offert une plus grande souplesse pour répondre aux changements de conception. En validant à plusieurs reprises les prototypes réalisés à l’aide d’une imprimante 3D, l’équipe a pu surmonter de manière créative les contraintes de conception, améliorant ainsi à la fois l’exhaustivité et la fiabilité du produit final. Fort de ces capacités de développement, PicoFoundry a réussi à mettre en place trois gammes de produits, répondant ainsi aux besoins variés du marché.

  • Cartouche à puces Multi-SERS : cette plateforme est équipée d’un total de 96 puces disposées en matrice 12 × 8, ce qui permet l’analyse simultanée d’un grand nombre d’échantillons. Elle est optimisée pour les applications à haute productivité telles que le développement de nouveaux médicaments et le contrôle qualité, optimisant ainsi la productivité expérimentale.
  • Cartouche à puce SERS unique : module compact équipé d’une seule puce. Associée à un spectromètre Raman portable, elle est utilisée pour les diagnostics sur le terrain. Sa facilité d’utilisation la rend particulièrement utile dans les domaines nécessitant une analyse immédiate, tels que la médecine, l’environnement et la sécurité alimentaire.
  • Cartouche à réseau de nano-canaux : il s’agit d’un produit haut de gamme qui optimise l’efficacité d’amplification du signal Raman en combinant une structure fine en nano-réseau avec des canaux microfluidiques. Elle offre les meilleures performances dans les domaines des biocapteurs et de l’analyse de précision qui nécessitent la détection de substances en ultra-traces.
SERS chips in packaging

Conclusion

PicoFoundry s'impose rapidement comme un leader sur le marché des cartouches de puces SERS, conçu par les solutions d'impression 3D de Stratasys. Mais la vision de PicoFoundry va bien au-delà. À l’avenir, nous prévoyons d’étendre le champ d’application de la Technologie d’impression 3D à la production de divers gabarits et posages utilisés au cours de la phase de recherche et développement, ce qui accélérera encore davantage le développement de nouvelles plateformes. Notre objectif à long terme est de développer une plateforme de mesure compacte et intégrée, pouvant être produite en une seule étape à l’aide d’une imprimante 3D, et intégrant le capteur SERS, le chipset et même des structures internes complexes. Grâce à ces efforts, PicoFoundry entend évoluer au-delà de son statut de simple fabricant de puces pour devenir une entreprise proposant une plateforme complète, capable de fournir à ses clients des solutions de détection entièrement personnalisées.