FR3142367A1 - Process for manufacturing a part comprising at least one magnet by additive manufacturing - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d’une pièce comprenant au moins un aimant unitaire (1a) disposé dans un matériau isolant (1b) par fabrication additive, comprenant les étapes consistant à : - définir (11) des premières zones correspondant à chaque aimant unitaire (1a) à réaliser dans un premier matériau, - définir la pixélisation desdites premières zones selon un motif prédéfini, - déposer (12) le premier matériau dans lesdites premières zones déterminées par fabrication additive en respectant la pixélisation, et déposer (14) un deuxième matériau isolant électrique dans des deuxièmes zones de la pièce distinctes des premières zones. Figure pour l’abrégé : Fig 3Method for manufacturing a part comprising at least one unit magnet (1a) placed in an insulating material (1b) by additive manufacturing, comprising the steps consisting of: - defining (11) first zones corresponding to each unit magnet (1a) to be made in a first material, - define the pixelation of said first zones according to a predefined pattern, - deposit (12) the first material in said first zones determined by additive manufacturing while respecting the pixelation, and deposit (14) a second electrical insulating material in second zones of the room distinct from the first zones. Figure for abstract: Fig 3
Description
L’invention a pour domaine technique la fabrication d’aimants permanents, et plus particulièrement, la fabrication de tels aimants pour des machines tournantes électriques.The technical field of the invention is the manufacture of permanent magnets, and more particularly, the manufacture of such magnets for electrical rotating machines.
Les machines tournantes électriques nécessitent des aimants, notamment des aimants permanents dans leur rotor.Electric rotating machines require magnets, particularly permanent magnets in their rotor.
Le procédé de fabrication d’aimants permanents implique la production d’une poudre de matériau magnétique, le pressage de cette poudre pour la mettre en forme puis le frittage pour obtenir la pièce finale. Le matériau obtenu est alors découpé progressivement en morceaux de taille inférieure afin de former les aimants permanents. Une étape finale, dite de pixélisation, implique de découper les aimants en blocs de 2 à 3 mm, appelés pixels, afin de réduire les pertes par courants de Foucault, lors du fonctionnement de la machine.The permanent magnet manufacturing process involves producing a powder of magnetic material, pressing this powder into shape and then sintering to obtain the final part. The material obtained is then gradually cut into smaller pieces in order to form permanent magnets. A final step, called pixelization, involves cutting the magnets into blocks of 2 to 3 mm, called pixels, in order to reduce eddy current losses during operation of the machine.
Afin d’optimiser le champ magnétique généré et les performances associées, les aimants doivent présenter des formes particulières, parfois complexes et couteuses à réaliser avec des moyens de production conventionnels.In order to optimize the magnetic field generated and the associated performances, the magnets must have particular shapes, sometimes complex and expensive to produce with conventional production means.
Afin de maintenir en place les aimants ainsi formés, un isolant doit être coulé autour d’eux. Cette étape limite la forme de l’objet final obtenu et est source de problèmes si des défauts sont présents dans l’isolant.In order to hold the magnets thus formed in place, an insulator must be poured around them. This step limits the shape of the final object obtained and is a source of problems if defects are present in the insulation.
Récemment, de nouvelles machines à flux axial telles que celles fabriquées par Whylot ont fait leur apparition. Ces machines nécessitent la réalisation de blocs d’aimants composés d’une mosaïque d’aimants unitaires séparés par une fine paroi d’isolant. Bien qu’il soit possible de réaliser ces blocs aimants avec les procédés de fabrication conventionnels, la fabrication peut s’avérer longue et complexe.Recently, new axial flow machines such as those manufactured by Whylot have appeared. These machines require the production of blocks of magnets composed of a mosaic of unit magnets separated by a thin wall of insulator. Although it is possible to make these block magnets with conventional manufacturing processes, manufacturing can be long and complex.
De l’état de la technique antérieure, on connait le document KR101718591 décrivant un procédé d’impression 3D pour fabriquer un aimant permanent.From the state of the prior art, we know the document KR101718591 describing a 3D printing process for manufacturing a permanent magnet.
Le document CN103854844 décrivant un procédé de préparation d’aimants collés à formes complexes en utilisant l’impression 3D.Document CN103854844 describes a process for preparing bonded magnets with complex shapes using 3D printing.
Le document EP2920796 décrit un procédé de fabrication d’un aimant permanent ainsi que d’un aimant permanent issu d’aimants collés.Document EP2920796 describes a process for manufacturing a permanent magnet as well as a permanent magnet made from bonded magnets.
Néanmoins, aucun de ces procédés ne permet de préparer de mosaïque d’aimants permanents individuels pixélisés, notamment celles destinées au rotor de machines à flux axial.However, none of these processes makes it possible to prepare a mosaic of individual pixelated permanent magnets, in particular those intended for the rotor of axial flux machines.
Le problème technique à résoudre est donc comment réaliser une mosaïque d’aimants permanents individuels pixélisés.The technical problem to solve is therefore how to create a mosaic of individual pixelated permanent magnets.
L’invention a pour objet un procédé de fabrication d’une pièce comprenant au moins un aimant, par fabrication additive par frittage de poudre, comprenant les étapes consistant à :
- définir des premières zones de la pièce correspondant à chaque aimant à réaliser dans un premier matériau,
- déterminer la pixélisation desdites premières zones à réaliser dans le premier matériau, la pixélisation étant choisie selon un motif prédéfini,
- déposer le premier matériau dans lesdites premières zones par fabrication additive, et déposer un deuxième matériau isolant électrique dans des deuxièmes zones de la pièce distinctes des premières zones.The subject of the invention is a method of manufacturing a part comprising at least one magnet, by additive manufacturing by powder sintering, comprising the steps consisting of:
- define first zones of the part corresponding to each magnet to be made in a first material,
- determine the pixelation of said first zones to be produced in the first material, the pixelation being chosen according to a predefined pattern,
- deposit the first material in said first zones by additive manufacturing, and deposit a second electrical insulating material in second zones of the part distinct from the first zones.
Le procédé peut comprendre en outre des étapes consistant à déposer le premier matériau couche par couche, puis à réaliser un frittage.The method may further include steps consisting of depositing the first material layer by layer, then performing sintering.
Le procédé peut comprendre en outre des étapes consistant à déposer le deuxième matériau couche par couche, puis à réaliser un frittage.The method may further comprise steps consisting of depositing the second material layer by layer, then carrying out sintering.
Le procédé peut comprendre en outre des étapes consistant à déposer le premier matériau couche par couche, à déposer le deuxième matériau couche par couche, puis à réaliser un frittage simultané des deux matériaux.The method may further include steps consisting of depositing the first material layer by layer, depositing the second material layer by layer, and then simultaneously sintering the two materials.
On peut varier la composition du premier matériau dans au moins une des couches déposées.The composition of the first material can be varied in at least one of the layers deposited.
On peut réaliser le dépôt du premier matériau sous champ magnétique.The first material can be deposited under a magnetic field.
On peut réaliser le frittage du premier matériau sous champ magnétique.The first material can be sintered under a magnetic field.
Une couche de terre rare lourde est déposée et recuite.A layer of heavy rare earth is deposited and annealed.
La pièce est soumise à un traitement de pressage sous température.The part is subjected to a pressing treatment under temperature.
La pièce est soumise à une étape de magnétisation par application d’un champ magnétique.The part is subjected to a magnetization step by application of a magnetic field.
la pixélisation est réalisée avec un motif prédéfini parallélépipédique, préférentiellement choisi parmi un motif carré, en nid d’abeille, hexagonal, circulaire, en anneau ou ellipsoïdal.the pixelation is carried out with a predefined parallelepiped pattern, preferably chosen from a square, honeycomb, hexagonal, circular, ring or ellipsoidal pattern.
Le premier matériau est choisi parmi les aimants à base de terres rares, notamment NdFeB et SmCo, les matériaux composites à magnétisme doux, les ferrites, et le deuxième matériau est choisi parmi les polymères thermoplastiques, chargés ou non, tels que PES (acronyme pour « polyethersufone »), PPS (acronyme pour « polysuflure de phénylène »), PTE (acronyme pour « Polytéréphtalate d'éthylène »), PVdF (acronyme pour « polyvinylidène fluoride »), PA (acronyme pour « polyamide »), PEEK (acronyme pour « polyetherethercetone »), PEKK (acronyme pour « polyethercetonecetone »), les polymères thermodurcissables, chargés ou non, PI (acronyme pour « polyimide »), Epoxy, PU (acronyme pour « polyurethane », polymère MS (acronyme anglophone pour « modified silicon » ou « silicone modifié » en langue française), silicones, les caoutchoucs, les matières céramiques telles que la silice ou l’alumine.The first material is chosen from rare earth magnets, in particular NdFeB and SmCo, soft magnetic composite materials, ferrites, and the second material is chosen from thermoplastic polymers, filled or not, such as PES (acronym for "polyethersufone"), PPS (acronym for "polyphenylene sulfide"), PTE (acronym for "polyethylene terephthalate"), PVdF (acronym for "polyvinylidene fluoride"), PA (acronym for "polyamide"), PEEK (acronym for “polyetheretherketone”), PEKK (acronym for “polyetherketoneketone”), thermosetting polymers, filled or not, PI (acronym for “polyimide”), Epoxy, PU (acronym for “polyurethane”, MS polymer (English acronym for “modified”) silicon” or “modified silicone” in French), silicones, rubbers, ceramic materials such as silica or alumina.
La méthode de fabrication additive est le procédé de fabrication métallique par jet de liant MBJ (acronyme anglophone pour « metal binder jetting (MBJ)») ou par tout autre procédé de fabrication additive métallique en combinaison avec MBJ.The additive manufacturing method is the metal binder jetting process MBJ (English acronym for “metal binder jetting (MBJ)”) or by any other metal additive manufacturing process in combination with MBJ.
La méthode de fabrication additive, notamment pour le deuxième matériau, est la projection à froid.The additive manufacturing method, particularly for the second material, is cold spraying.
Un autre objet de l’invention est un secteur de rotor de machine électrique tournante, comprenant une pluralité d’aimants réalisés par le procédé de fabrication tel que décrit ci-dessus.Another object of the invention is a rotor sector of a rotating electric machine, comprising a plurality of magnets produced by the manufacturing process as described above.
Un rail de guidage peut être ménagé de chaque côté du secteur, différent d’un arc, de sorte à en faciliter l’assemblage.A guide rail can be provided on each side of the sector, different from an arc, so as to facilitate assembly.
Le procédé de fabrication présente l’avantage d’une absence de perte de matière (dépôt au juste nécessaire), d’une absence de découpe de l’aimant, d’une maitrise de la géométrie de la pièce, de l’absence de vide de matière entre les aimants dû à une mauvaise injection de l’isolant, d’un meilleur comportement mécanique du bloc aimant et d’une maitrise totale de la force et de la configuration du bloc aimant.The manufacturing process has the advantage of no loss of material (deposit just as necessary), no cutting of the magnet, mastery of the geometry of the part, no need for void of material between the magnets due to poor injection of the insulation, better mechanical behavior of the magnet block and total control of the force and configuration of the magnet block.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other aims, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, given solely by way of non-limiting example and made with reference to the appended drawings in which:
- la figure
- la figure
- la figure
- la figure
- la figure
- la figure
- la figure
- la figure
- les figures
La figure
Le procédé de fabrication selon l’invention permet de fabriquer de tels secteurs 1 en utilisant une technique de fabrication additive par frittage de poudre avec ou sans liant. On peut citer la combinaison de MBJ avec d’autres technologies telles que la photolithographie métallique (« Metal photolithography » en langue anglaise), le dépôt dirigé d’énergie DED (acronyme anglophone pour « Directed Energy Deposition »), la fusion sur lit de poudre PBF (acronyme anglophone pour « Powder Bed Fusion ») soit par laser ou par faisceau d’électrons, la pulvérisation à froid (« Cold Spray » en langue anglaise), la projection de matériau (« Material Jetting » en langue anglaise) ou des procédés d’écriture directe (« Direct Write Processes » en langue anglaise).The manufacturing process according to the invention makes it possible to manufacture such sectors 1 using an additive manufacturing technique by powder sintering with or without a binder. We can cite the combination of MBJ with other technologies such as metal photolithography (“Metal photolithography” in English), directed energy deposition DED (English acronym for “Directed Energy Deposition”), bed fusion of PBF powder (English acronym for “Powder Bed Fusion”) either by laser or electron beam, cold spraying (“Cold Spray” in English), material projection (“Material Jetting” in English) or direct writing processes (“Direct Write Processes” in English).
Un premier matériau ayant des propriétés magnétiques est déposé par fabrication additive. Selon les modes de mise en œuvre, Un deuxième matériau ayant des propriétés isolantes et résistant à la température de fonctionnement de la machine est également déposé par une technique de fabrication additive, simultanément ou postérieurement à la réalisation des aimants ou par dépôt classique, tel qu’en moulage ou en injection. Enfin, dans certains modes de réalisation, l’ensemble des aimants et de l’isolant est encapsulé dans une troisième matière.A first material having magnetic properties is deposited by additive manufacturing. Depending on the implementation modes, a second material having insulating properties and resistant to the operating temperature of the machine is also deposited by an additive manufacturing technique, simultaneously or subsequently to the production of the magnets or by conventional deposition, such as 'in molding or injection. Finally, in certain embodiments, all of the magnets and the insulator are encapsulated in a third material.
Dans un premier mode de réalisation illustré par la figure
Par détermination de la forme à réaliser, on entend la forme à proprement parler, ainsi que la taille et la disposition des contours de la forme à réaliser.By determining the shape to be made, we mean the shape itself, as well as the size and arrangement of the contours of the shape to be made.
De même, par détermination de l’emplacement d’au moins une zone à réaliser dans le premier matériau, on entend la disposition de chaque zone par rapport à la forme à réaliser, et la taille et la disposition des contours de chaque zone. On définit ainsi indirectement les épaisseurs des parois entre les aimants, qui peuvent être variables de quelques dizaines à plusieurs centaines de microns.Likewise, by determining the location of at least one zone to be produced in the first material, we mean the arrangement of each zone in relation to the shape to be produced, and the size and arrangement of the contours of each zone. We thus indirectly define the thicknesses of the walls between the magnets, which can vary from a few tens to several hundred microns.
La pixélisation est obtenue en découpant chaque zone à réaliser dans le premier matériau en petits parallélépipèdes de 1mm à 10mm de côté et de 2mm à 20mm d’épaisseur. La figure
La détermination de la forme, des zones à réaliser dans le premier matériau et de la pixélisation de chaque zone doit tenir compte des effets de la densification consécutifs au frittage. Lors du frittage, on observe une réduction du vide entre les particules de poudre menant à une réduction du volume total de la pièce frittée. En fonction de l’amplitude de la densification du premier matériau, les zones à réaliser avec le premier matériau doivent être agrandies de sorte qu’après densification, la taille souhaitée soit bien obtenue.The determination of the shape, the zones to be produced in the first material and the pixelation of each zone must take into account the effects of densification following sintering. During sintering, a reduction in the void space between the powder particles is observed leading to a reduction in the total volume of the sintered part. Depending on the extent of densification of the first material, the areas to be made with the first material must be enlarged so that after densification, the desired size is obtained.
Au cours d’une deuxième étape 12, on dépose une couche du premier matériau dans chaque emplacement à réaliser dans le premier matériau au cours d’une première sous-étape 12a. Au cours d’une deuxième sous-étape 12b, on répète la première sous-étape 12a jusqu’à obtention de la hauteur souhaitée.During a second step 12, a layer of the first material is deposited in each location to be produced in the first material during a first sub-step 12a. During a second sub-step 12b, the first sub-step 12a is repeated until the desired height is obtained.
Le premier matériau est choisi parmi les aimants à base de terres rares, notamment NdFeB et SmCo, les matériaux composites à magnétisme doux, les ferrites.The first material is chosen from rare earth magnets, notably NdFeB and SmCo, soft magnetism composite materials, ferrites.
La forme des zones à réaliser avec le premier matériau n’est pas limitée du fait de l’utilisation de la fabrication additive de sorte que tout forme souhaitée peut être réalisée. Il s’agit notamment d’une forme carrée, rectangulaire, hexagonale, trapézoïdale, rhomboïdale, triangulaire, en forme d’arc, ou ovale.The shape of the areas to be made with the first material is not limited due to the use of additive manufacturing so that any desired shape can be achieved. These include a square, rectangular, hexagonal, trapezoidal, rhomboidal, triangular, arc-shaped, or oval shape.
Au cours d’une troisième étape 13, on fritte dans un four. Si un liant a été utilisé, il est retiré préalablement au frittage. L’augmentation de température doit être la plus faible possible pour éviter les variations de température à l’intérieur des volumes réalisés dans le premier matériau, de sorte à éviter les déformations et les craquelures. La rampe de température dépend du premier matériau utilisé et de la géométrie des volumes.During a third step 13, it is sintered in an oven. If a binder has been used, it is removed before sintering. The temperature increase must be as low as possible to avoid temperature variations inside the volumes made in the first material, so as to avoid deformation and cracking. The temperature ramp depends on the first material used and the geometry of the volumes.
La température de frittage est généralement élevée mais doit être inférieure à la température de fusion du premier matériau.The sintering temperature is generally high but must be lower than the melting temperature of the first material.
Une fois atteinte, la température de frittage est maintenue pendant une durée prédéterminée fonction du premier matériau choisi et de la forme des zones réalisées dans le premier matériau.Once reached, the sintering temperature is maintained for a predetermined duration depending on the first material chosen and the shape of the zones made in the first material.
Comme pour l’augmentation de température, le refroidissement doit présenter une rampe de température la plus faible possible pour éviter les variations de température à l’intérieur des volumes réalisés dans le premier matériau, de sorte à éviter les déformations et les craquelures.As with the temperature increase, the cooling must have the lowest possible temperature ramp to avoid temperature variations inside the volumes made in the first material, so as to avoid deformation and cracking.
Dans un mode de mise en œuvre, le procédé se poursuit par une quatrième étape 14 au cours de laquelle on moule l’ensemble des aimants dans un deuxième matériau ou on dépose une couche du deuxième matériau. Ce dépôt permet de réaliser au moins l’un parmi les effets suivants :
- protéger mécaniquement les aimants lors des étapes suivantes de fabrication des machines électriques,
- protéger mécaniquement les aimants durant le fonctionnement du rotor en fonction de la conception de la machine électrique et des conditions de fonctionnement, et
- offrir une protection contre la corrosion, notamment pour les aimants NdFeB.
- mechanically protect the magnets during the following stages of manufacturing electrical machines,
- mechanically protect the magnets during rotor operation depending on the design of the electrical machine and operating conditions, and
- provide protection against corrosion, particularly for NdFeB magnets.
Le deuxième matériau est choisi parmi les polymères thermoplastiques, chargés ou non, tels que PES (« polyethersufone »), PPS (« polysuflure de phénylène »), PTE (« Polytéréphtalate d'éthylène »), PVdF (« polyvinylidène fluoride »), PA (« polyamide »), PEEK (« polyetherethercetone »), PEKK (« polyethercetonecetone »), les polymères thermodurcissables, chargés ou non, PI (« polyimide »), Epoxy, PU (« polyurethane », polymère MS (acronyme anglophone pour « modified silicon » ou « silicone modifié »), silicones, les caoutchoucs, les matières céramiques telles que la silice ou l’alumine. Dans un mode de réalisation particulier, l’ordre de dépôt du premier matériau et du deuxième matériau est interverti.The second material is chosen from thermoplastic polymers, filled or not, such as PES (“polyethersulfone”), PPS (“polyphenylene sulphide”), PTE (“polyethylene terephthalate”), PVdF (“polyvinylidene fluoride”), PA (“polyamide”), PEEK (“polyetheretherketone”), PEKK (“polyetherketoneketone”), thermosetting polymers, filled or not, PI (“polyimide”), Epoxy, PU (“polyurethane), MS polymer (English acronym for “modified silicon” or “modified silicone”), silicones, rubbers, ceramic materials such as silica or alumina. In a particular embodiment, the order of deposition of the first material and the second material is reversed.
Dans un deuxième mode de réalisation, la quatrième étape 14 est évitée en déposant le deuxième matériau en fabrication additive comme le premier matériau.In a second embodiment, the fourth step 14 is avoided by depositing the second material in additive manufacturing like the first material.
Lorsque les deux matériaux sont déposés par fabrication additive, un soin particulier doit être apporté au séquençage vis-à-vis de l’étape de frittage.When the two materials are deposited by additive manufacturing, particular care must be taken in sequencing with regard to the sintering step.
Dans un mode de réalisation illustré par la figure
Dans un autre mode de réalisation illustré par la figure
Au cours d’une première étape 11, on détermine la forme d’une pièce à réaliser et l’emplacement d’au moins une zone à réaliser avec le premier matériau, ainsi que la pixélisation de la zone à réaliser dans le premier matériau.During a first step 11, the shape of a part to be produced and the location of at least one zone to be produced with the first material are determined, as well as the pixelation of the zone to be produced in the first material.
Au cours d’une deuxième étape 122, on dépose une couche du premier matériau dans chaque emplacement à réaliser dans le premier matériau au cours d’une première sous-étape 12a. Au cours d’une deuxième sous-étape 12b, on répète la première sous-étape 12a jusqu’à obtention de la hauteur souhaitée.During a second step 122, a layer of the first material is deposited in each location to be produced in the first material during a first sub-step 12a. During a second sub-step 12b, the first sub-step 12a is repeated until the desired height is obtained.
Au cours d’une autre sous étape 12c, on dépose ensuite une couche du deuxième matériau dans tous les emplacements de la pièce qui ne sont pas à réaliser dans le premier matériau. Au cours d’une sous-étape 12f, on répète la sous-étape 12c jusqu’à obtention de la hauteur souhaitée.During another sub-step 12c, a layer of the second material is then deposited in all the locations of the part which are not to be made in the first material. During a sub-step 12f, sub-step 12c is repeated until the desired height is obtained.
Le procédé se poursuit par une étape 13a de frittage du premier et du deuxième matériau dans un four.The process continues with a step 13a of sintering the first and second material in an oven.
Dans ces deux cas, les matériaux doivent être choisis de sorte que leurs températures de frittage soient proches afin de pouvoir choisir une température intermédiaire qui ne soit pas défavorable à l’un des deux matériaux.In these two cases, the materials must be chosen so that their sintering temperatures are close in order to be able to choose an intermediate temperature which is not unfavorable to one of the two materials.
Dans un autre mode de réalisation illustré par la figure
Au cours d’une première étape 11, on détermine la forme d’une pièce à réaliser et l’emplacement d’au moins une zone à réaliser avec le premier matériau, ainsi que la pixélisation de la zone à réaliser dans le premier matériau.During a first step 11, the shape of a part to be produced and the location of at least one zone to be produced with the first material are determined, as well as the pixelation of the zone to be produced in the first material.
Au cours d’une deuxième étape 12, on dépose une couche du premier matériau dans chaque emplacement à réaliser dans le premier matériau au cours d’une première sous-étape 12a. Au cours d’une deuxième sous-étape 12b, on répète la première sous-étape 12a jusqu’à obtention de la hauteur souhaitée.During a second step 12, a layer of the first material is deposited in each location to be produced in the first material during a first sub-step 12a. During a second sub-step 12b, the first sub-step 12a is repeated until the desired height is obtained.
Au cours d’une troisième étape 13, on réalise le frittage du premier matériau.During a third step 13, the first material is sintered.
Le procédé se poursuit par une étape 123, au cours de laquelle on dépose ensuite une couche du deuxième matériau dans tous les emplacements de la pièce qui ne sont pas à réaliser dans le premier matériau, au cours d’une sous étape 12c. Il est à noter que la pièce peut comprendre des évidements qui sont exempts du premier matériau et du deuxième matériau. En ce sens, les évidements ne font pas partie de la pièce et ne sont donc remplis ni par le premier matériau ni par le deuxième matériau. Au cours d’une sous-étape 12f, on répète la sous-étape 12c jusqu’à obtention de la hauteur souhaitée.The process continues with a step 123, during which a layer of the second material is then deposited in all the locations of the part which are not to be made in the first material, during a sub-step 12c. It should be noted that the part may include recesses which are free of the first material and the second material. In this sense, the recesses are not part of the part and are therefore not filled by either the first material or the second material. During a sub-step 12f, sub-step 12c is repeated until the desired height is obtained.
Le procédé se poursuit par une étape 13b de frittage du deuxième matériau dans un four.The process continues with a step 13b of sintering the second material in an oven.
Comme expliqué dans le premier mode de réalisation, les effets de densification lors du frittage doivent être pris en compte dans le dimensionnement des zones à réaliser dans chaque matériau. Cela est notamment obtenu lorsque l’on utilise un traitement HIP (acronyme pour « Hot Isostatic Pressing » également connu sous l’acronyme français CIC pour « Compression Isostatique à Chaud »), décrit plus loin dans le présent exposé.As explained in the first embodiment, the effects of densification during sintering must be taken into account in the dimensioning of the zones to be produced in each material. This is particularly obtained when using HIP treatment (acronym for “Hot Isostatic Pressing” also known by the French acronym CIC for “Compression Isostatic à Chaud”), described later in this presentation.
Alternativement, le deuxième matériau peut être déposée par fabrication additive après frittage du premier matériau, notamment par dépôt en pulvérisation à froid (« Cold Spray » en langue anglaise) de sorte à remplir tous les interstices. Également, le deuxième matériau peut être formé à part puis collé au contact du premier matériau.Alternatively, the second material can be deposited by additive manufacturing after sintering of the first material, in particular by cold spray deposition (“Cold Spray” in English) so as to fill all the interstices. Also, the second material can be formed separately then glued in contact with the first material.
Dans un mode de réalisation spécifique, le premier matériau varie en composition dans au moins une des couches déposées, en combinant notamment un matériau riche en terre rare et un matériau pauvre en terre rare ou sans terre rare. Cela permet d’ajuster le champ coercitif intrinsèque Hcjde l’aimant fabriqué. Par exemple, le premier matériau peut être du dysprosium dont la concentration est plus élevée en surface qu’en profondeur.In a specific embodiment, the first material varies in composition in at least one of the layers deposited, in particular by combining a material rich in rare earth and a material poor in rare earth or without rare earth. This makes it possible to adjust the intrinsic coercive field H cj of the manufactured magnet. For example, the first material may be dysprosium, the concentration of which is higher at the surface than at depth.
Dans un mode de mise en œuvre particulier, le dépôt du premier matériau est réalisé sous champ magnétique. Dans le cas d’une fabrication par MBJ, le champ magnétique est appliqué lors du dépôt de la poudre avant impression du liant. L’épaisseur de poudre doit alors être comprise entre 10µm et 100µm. Un tel dépôt sous champ permet d’aligner les domaines magnétiques, génère une anisotropie magnétocristalline et améliore les propriétés de l’aimant obtenu, notamment le champ rémanent Br et la coercivité.In a particular mode of implementation, the deposition of the first material is carried out under a magnetic field. In the case of manufacturing by MBJ, the magnetic field is applied during the deposition of the powder before printing the binder. The powder thickness must then be between 10µm and 100µm. Such deposition under a field makes it possible to align the magnetic domains, generates a magnetocrystalline anisotropy and improves the properties of the magnet obtained, in particular the remanent field Br and the coercivity.
Dans un mode de mise en œuvre particulier, le frittage du premier matériau est également réalisé sous champ magnétique. Comme pour le dépôt, cette étape permet d’aligner les domaines magnétiques, génère une anisotropie magnétocristalline et améliore les propriétés de l’aimant obtenue, notamment le champ rémanent Br et la coercivité.In a particular mode of implementation, the sintering of the first material is also carried out under a magnetic field. As for the deposition, this step makes it possible to align the magnetic domains, generates a magnetocrystalline anisotropy and improves the properties of the magnet obtained, in particular the remanent field Br and the coercivity.
Dans un autre mode de mise en œuvre, une couche de matériau à terres rare lourd (HREE acronyme pour « Heavy Rare Earth Element »), tel que Terbium Tb, Dysprosium Dy ou Holmium Ho, est déposée par tout moyen en surface des aimants obtenus après frittage. Apres dépôt, l’ensemble est soumis à un recuit à une température supérieure à la température de fusion du matériau à terre rare lourd. Un tel recuit permet de diffuser le néodyme dans l’aimant afin d’en améliorer la coercivité.In another mode of implementation, a layer of heavy rare earth material (HREE acronym for “Heavy Rare Earth Element”), such as Terbium Tb, Dysprosium Dy or Holmium Ho, is deposited by any means on the surface of the magnets obtained after sintering. After deposition, the assembly is subjected to annealing at a temperature higher than the melting temperature of the heavy rare earth material. Such annealing makes it possible to diffuse the neodymium in the magnet in order to improve its coercivity.
Dans en encore un autre mode de mise en œuvre, une cinquième étape est ajoutée au procédé, au cours de laquelle la pièce finie soumise à un traitement de pressage sous température HIP afin d’en augmenter la densité. Le traitement HIP est connu de l’homme du métier de la métallurgie des poudres. Il est réalisé sous des pressions de 50MPa à 100MPa et à des températures comprises entre 400°C et 1400°C selon les poudres métalliques employées.In yet another mode of implementation, a fifth step is added to the process, during which the finished part undergoes a pressing treatment under HIP temperature in order to increase its density. HIP treatment is known to those skilled in the art of powder metallurgy. It is produced under pressures of 50MPa to 100MPa and at temperatures between 400°C and 1400°C depending on the metal powders used.
Dans tous les cas, il est possible de déposer une couche de matériau anticorrosion sur les aimants finis.In all cases, it is possible to deposit a layer of anti-corrosion material on the finished magnets.
De même, la pièce finie peut être soumise à une étape de magnétisation afin de lui conférer les propriétés magnétiques requises pour l’utilisation envisagée.Likewise, the finished part can be subjected to a magnetization step in order to give it the magnetic properties required for the intended use.
Dans le cas d’une application à la fabrication de secteurs d’un rotor pour machine électrique, notamment une machine électrique à flux axial, des rails de guidage 1d peuvent être ménagés sur les côtés d’un secteur lors de la fabrication. Ces rails facilitent alors l’installation et l’alignement d’un secteur 1 lors de l’assemblage du rotor en coopérant avec des gorges 2a correspondantes prévues dans le rotor 2. La figure
Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, plusieurs techniques de fabrication additive avec frittage peuvent être employées, telles que le L-PBF (acronyme anglophone pour « laser-Powder Bed Fusion ») appelé également SLM (acronyme anglophone pour « Selective Laser Melting ») ou bien le frittage par sélectif par laser DSLS (acronyme anglophone pour « Direct Selective Laser Sintering ») ou le MBJ. Néanmoins, on préfèrera la technique MBJ qui permet de conserver la structure magnétique du premier matériau du fait d’un chauffage inférieur à la température de fusion.In the embodiments described above, several additive manufacturing techniques with sintering can be used, such as L-PBF (English acronym for “laser-Powder Bed Fusion”) also called SLM (English acronym for “Selective Laser Melting”). ") or selective laser sintering DSLS (English acronym for "Direct Selective Laser Sintering") or MBJ. However, we will prefer the MBJ technique which allows the magnetic structure of the first material to be preserved due to heating below the melting temperature.
Dans un mode de réalisation illustré par la figure
On dépose ensuite une couche du premier matériau dans chaque emplacement à réaliser dans le premier matériau et une couche du deuxième matériau dans toute la forme à l’exclusion des emplacements à réaliser dans le premier matériau au cours d’une deuxième étape 124. Le dépôt du premier matériau et le dépôt du deuxième matériau sont réalisés simultanément par l’intermédiaire d’une double tête d’impression, c’est-à-dire d’une tête d’impression permettant d’imprimer simultanément deux matériaux différents , notamment par MBJ, lors d’une sous étape 12g. Au cours d’une deuxième sous-étape 12h, on répète la première sous-étape 12g jusqu’à obtention de la hauteur souhaitée. Le frittage des deux matériaux est réalisé simultanément au cours d’une étape 13a.A layer of the first material is then deposited in each location to be made in the first material and a layer of the second material in the entire shape excluding the locations to be made in the first material during a second step 124. Deposition of the first material and the deposition of the second material are carried out simultaneously via a double print head, that is to say a print head allowing two different materials to be printed simultaneously, in particular by MBJ, during a sub-stage 12g. During a second sub-step 12h, the first sub-step 12g is repeated until the desired height is obtained. The two materials are sintered simultaneously during a step 13a.
A titre d’exemple, le procédé de fabrication décrit ci-dessus, dans l’un quelconque de ses modes de réalisation, peut être appliqué à la fabrication d’aimants de forme particulière tel qu’illustrés sur la figure
A l’issue du frittage, les peignes 90a,90b sont encollés avec un liant puis mis en contact. L’ensemble est alors pressé et le liant réticulé.At the end of sintering, the combs 90a, 90b are glued with a binder then brought into contact. The whole is then pressed and the binder crosslinked.
Apres réticulation du liant, le dos de chacun des peignes 90a,90b est découpé. On obtient alors un élément globalement parallélépipédique comprenant les dents 91a,91b imbriquées et collées. Un tel parallélépipède est illustré par la figure
L’objet obtenu présente une structure particulière qui ne peut être obtenue aisément sans faire appel au procédé de fabrication décrit ci-dessus.The object obtained has a particular structure which cannot be easily obtained without using the manufacturing process described above.
Claims (15)
- définir (11) des premières zones correspondant à chaque aimant unitaire (1a), à réaliser dans un premier matériau,
- définir la pixélisation desdites premières zones selon un motif prédéfini,
- déposer (12) le premier matériau dans lesdites premières zones par fabrication additive en respectant la pixélisation, et déposer (14) un deuxième matériau isolant électrique dans des deuxièmes zones de la pièce distinctes des premières zones.Method of manufacturing a part comprising at least one unit magnet (1a) placed in an insulating material (1b), by additive manufacturing by sintering, comprising the steps consisting of:
- define (11) first zones corresponding to each unit magnet (1a), to be made in a first material,
- define the pixelation of said first zones according to a predefined pattern,
- deposit (12) the first material in said first zones by additive manufacturing while respecting the pixelation, and deposit (14) a second electrical insulating material in second zones of the part distinct from the first zones.
- déposer (12, 122) le premier matériau couche par couche, et
- réaliser (13, 13a) un frittage.A manufacturing method according to claim 1, further comprising the steps of:
- deposit (12, 122) the first material layer by layer, and
- carry out (13, 13a) sintering.
- déposer (122, 123) le deuxième matériau couche par couche, et
- réaliser (13b) un frittage.Manufacturing method according to one of claims 1 or 2, further comprising the steps consisting of:
- deposit (122, 123) the second material layer by layer, and
- carry out (13b) sintering.
- déposer (12a) le premier matériau couche par couche,
- déposer (12b) le deuxième matériau couche par couche,
- fritter simultanément (13a) les deux matériaux.
- deposit (12a) the first material layer by layer,
- deposit (12b) the second material layer by layer,
- simultaneously sinter (13a) the two materials.
Priority Applications (2)
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