WO2020157146A1 - Procédé de fabrication d'une pièce diélectrique à mailles formant un réseau solide tridimensionnel par ajout de matière - Google Patents

Procédé de fabrication d'une pièce diélectrique à mailles formant un réseau solide tridimensionnel par ajout de matière Download PDF

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WO2020157146A1
WO2020157146A1 PCT/EP2020/052187 EP2020052187W WO2020157146A1 WO 2020157146 A1 WO2020157146 A1 WO 2020157146A1 EP 2020052187 W EP2020052187 W EP 2020052187W WO 2020157146 A1 WO2020157146 A1 WO 2020157146A1
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dielectric material
network
dimensional
dielectric
dimensional solid
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PCT/EP2020/052187
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Nicolas CAPET
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Anywaves
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H01Q15/10—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism comprising three-dimensional array of impedance discontinuities, e.g. holes in conductive surfaces or conductive discs forming artificial dielectric

Definitions

  • the invention relates generally to a method of manufacturing a dielectric part comprising a three-dimensional solid network of dielectric meshes produced by additive manufacturing.
  • Document FR 3,029,695 describes in particular a process for
  • the three-dimensional solid network is produced by additive manufacturing, otherwise known as three-dimensional printing by adding material.
  • a 3D file characteristic of the three-dimensional solid network to be produced is processed by specific software which organizes the cutting into slices of the various layers necessary for the production of the network. This cutout is sent to a 3D printer which deposits the dielectric material layer by layer until the final three-dimensional solid network is obtained by stacking the layers. Said at least one material in the fluid state is then incorporated into the solid network
  • the notion of height of the three-dimensional solid network is defined by convention as corresponding to the dimension of the network extending parallel to the direction of stacking of the layers.
  • the contour of the three-dimensional solid network extending over said height of the network is referred to as the lateral contour.
  • the peripheral meshes forming the lateral outline of the three-dimensional solid network are designated as being lateral meshes.
  • a three-dimensional solid network using open meshes in several directions orthogonal to each other is particularly advantageous in applications where it is sought to obtain dielectric parts using as little material as possible, not only for reasons of cost, but also of weight. These cost and weight requirements are all the more important in the space or aeronautic industry.
  • a gaseous and / or liquid composition can be supplied within a dielectric part from a volume of this gaseous and / or liquid composition in which the part dielectric is placed, for example from the earth's atmosphere or space vacuum. To do this, the three-dimensional solid network of the dielectric part has open meshes at the periphery of the dielectric part.
  • the meshes open at the periphery allow said gaseous and / or liquid composition of the volume in which the dielectric piece is placed to access the interior of the three-dimensional solid network of the dielectric piece so as to be able to circulate inside the dielectric piece via non-peripheral open meshes of the three-dimensional solid network.
  • the openings in the side links can induce poor mechanical strength of the dielectric part at the level of these side links.
  • the dielectric part is not only difficult to manufacture by additive manufacturing at its periphery, but also cannot be used for certain applications requiring good mechanical strength of the dielectric part.
  • good mechanical strength may be necessary in certain fields such as those of space, aeronautics, automobiles, drones, the Internet of Things, etc.
  • dielectric parts comprising meshes partial peripherals (that is to say meshes constituting only one section of said elementary mesh). Indeed, the use of such partial meshes allows to obtain a greater variety of shapes of dielectric part that can be designed because the partial peripheral meshes are defined from the desired shape of the dielectric part.
  • the partial lateral meshes each have walls of unsupported dielectric material so that their resistance mechanics can be bad. Due to this poor mechanical strength, the additive manufacturing of a dielectric part comprising such partial lateral links is difficult to implement. The difficulty of manufacturing partial meshes can lead to dispensing with certain forms of dielectric parts.
  • the invention aims to overcome these drawbacks.
  • the invention also aims to provide a method for manufacturing such a dielectric part which is simple and inexpensive to implement.
  • the invention therefore relates to a method for manufacturing a dielectric part comprising at least a first dielectric material in the solid state and at least one dielectric material in the fluid state, said method comprising:
  • a three-dimensional printing step during which a three-dimensional solid network is produced by additive manufacturing, said three-dimensional solid network comprising meshes of said at least one first dielectric material in the solid state open in at least two different non-collinear directions in a manner in forming a circulation circuit for said at least one dielectric material in the fluid state, said additive manufacturing consisting in constructing said network by depositing said at least one first electrical material in the solid state in successive layers in a stacking direction diapers; and
  • a step during which said at least one dielectric material is incorporated in the fluid state within the three-dimensional solid network the method being characterized in that, during the three-dimensional printing step, furthermore, one forms, for each layer, a deposit of at least one second dielectric material in the solid state along at least one continuous portion of an outline of the layer so as to obtain, by stacking the layers, at least one side wall formed of in one piece with the solid three-dimensional network and laterally delimiting at least a portion of a contour of said solid three-dimensional network.
  • said at least one first dielectric material in the solid state and said at least one dielectric material in the liquid state have at least one relative electromagnetic constant e G , m G of different values.
  • a deposit of said at least one second dielectric material in the solid state is formed for each layer over the entire surface. contour of the layer, so that said at least one side wall obtained is a closed wall laterally delimiting said network over its entire periphery.
  • said at least one side wall has a thickness greater than or equal to 100 ⁇ m.
  • said at least one side wall extends over several peripheral meshes of the three-dimensional solid network.
  • said three-dimensional solid network comprises a repetition of stitches in all directions of space.
  • Non-lateral peripheral meshes forming said contour of the three-dimensional solid network have an open face delimiting this contour.
  • the non-peripheral meshes of said three-dimensional solid network are open in at least two different non-collinear directions.
  • dielectric comprises a unique dielectric material in a fluid state which is air.
  • the meshes of the three-dimensional solid network are formed from a single first dielectric material in the solid state.
  • said first dielectric material is chosen from the group formed by metal oxides, carbides, borides, nitrides, fluorides, silicides, titanates, sulphides, synthetic polymers and mixtures thereof.
  • said at least one side wall is formed from a single second dielectric material.
  • said second dielectric material is chosen from the group formed by metal oxides, carbides, borides, nitrides, fluorides, silicides, titanates, sulphides, synthetic polymers and mixtures thereof.
  • said first dielectric material and said second dielectric material are the same.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a dielectric part characterized, in combination or not, by all or part of the characteristics mentioned above or below.
  • the various characteristics mentioned above or below should not be considered as closely or inextricably linked to each other, the invention being able to relate only to one of them.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a first embodiment of a dielectric part obtained by a manufacturing method according to the invention
  • FIG. 2 shows a perspective view of a second embodiment of a dielectric part obtained by a manufacturing process according to the invention
  • FIG. 3 shows a perspective view of a third embodiment of a dielectric part obtained by a manufacturing process according to the invention
  • FIG. 4 shows a perspective view of a horn comprising a dielectric part obtained by a manufacturing process according to the invention.
  • the dielectric parts 10 shown in Figures 1 to 4 can be obtained by a manufacturing process according to the invention.
  • a three-dimensional solid 1 1 network of stitches made of at least one dielectric material in the solid state is formed by an additive manufacturing process during a three-dimensional printing step.
  • the three-dimensional solid network 1 1 is formed by successive deposits of layers of at least one dielectric material in the solid state in a direction 18 of stacking layers.
  • each layer is deposited on the previously deposited layer.
  • the layers extend parallel to a plane orthogonal to said stacking direction 18.
  • At least one of said dielectric materials in the solid state is selected from the group formed by metal oxides, carbides, borides, nitrides, fluorides, silicides, titanates, sulphides, synthetic polymers and their mixtures. There is of course nothing to prevent other dielectric materials, as a variant or in combination.
  • a single dielectric material is used to form the three-dimensional solid network 11 by additive manufacturing.
  • the deposition of layers is carried out by a 3D printer from a 3D file characteristic of the dielectric part 10 to be produced, this 3D file being generated by specific computer software which organizes the slicing of the various layers necessary for the realization of the network 1 1 solid three-dimensional.
  • the dielectric part 10 is initially designed on computer software before generating the 3D file transmitted to said 3D printer.
  • the three-dimensional solid network 11 of the dielectric part 10 is designed according to the method described by FR 3,029,695.
  • the three-dimensional solid network 11 is designed so that the three-dimensional solid network 11 has a non-lateral contour portion 12 comprising at least one portion delimited by open faces of the peripheral meshes 13. Such open faces allow the circulation of at least one fluid dielectric material through the three-dimensional solid network 11.
  • the three-dimensional solid network 1 1 is also designed so that at least part of the non-peripheral meshes of said three-dimensional solid network 1 1 is open in at least two different non-collinear space directions (forming an angle between them non zero different from 180 °). For example, it is thus possible to define at least one internal circuit for circulating fluid in a room according to the invention.
  • the three-dimensional solid network 1 1 has a shape designed according to the desired properties of the dielectric part 10.
  • the three-dimensional solid network 1 1 may have the shape of a rectangular parallelepiped as shown in FIG. 1, or else a cylindrical shape of revolution as shown in FIG. 2.
  • the three-dimensional solid network 1 1 can also be a stack of two rectangular parallelepipeds as shown in figure 3. According to the shape of the network 1 1 solid
  • some lateral peripheral meshes can be partial (that is to say that these meshes constitute only one section of the elementary mesh which makes it possible to model all the non-peripheral meshes of the three-dimensional solid network).
  • the dielectric part is also designed so that it
  • each side wall 14 comprises at least one side wall 14 around the side contour of the three-dimensional solid network.
  • Each side wall 14 is then formed by additive manufacturing together with the three-dimensional solid network.
  • said at least one side wall 14 is formed by depositing at least one dielectric material in the solid state around each layer forming said three-dimensional solid network 11. More particularly, during the three-dimensional printing of each layer of the three-dimensional solid network 11, said at least one material in the solid state is deposited in a continuous contour so as to obtain at least one stack of said at least one material in the solid state over a height of the three-dimensional solid lattice. The height is defined here as being the dimension of the network extending parallel to the direction 18 of stacking of the layers. Each stack forms a side wall which then laterally delimits the three-dimensional solid network over its entire periphery.
  • each side wall 14 is formed integrally with the three-dimensional solid network.
  • each of these dielectric parts 10 comprises at least one side wall 14 formed all around the lateral contour of the three-dimensional solid network 11. Each side wall 14 therefore extends in a closed curve around the lateral contour of the solid network 1 1.
  • the network 1 1 three-dimensional solid having the shape of a rectangular parallelepiped, there is obtained a side wall 14 having a rectangular cross section, in particular square, and extending over the height 15 of the three-dimensional solid network 1 1.
  • the three-dimensional solid network 11 having a cylindrical shape of revolution, the lateral wall 14 obtained has a circular cross section and extends over the height 15 of the three-dimensional solid network 11 .
  • the network 1 1 solid having the shape of a rectangular parallelepiped
  • the dielectric part may have an interior hollow, in particular a through orifice or an interior cavity, of dimensions greater than several meshes of the three-dimensional solid network. At least one inner side wall delimiting said hollow can then be used to reinforce the peripheral meshes of the three-dimensional solid network arranged around this inner hollow.
  • an inner side wall delimiting said hollow can then be used to reinforce the peripheral meshes of the three-dimensional solid network arranged around this inner hollow.
  • each side wall 14 is formed of a single
  • the three-dimensional solid network 11 and each side wall 14 are formed from the same dielectric material in the solid state.
  • At least one side wall has a thickness greater than or equal to 100 ⁇ m.
  • Each side wall 14 improves the mechanical strength of the lateral contour of the three-dimensional solid network 11.
  • a side wall 14 extending around these partial lateral meshes makes it possible to considerably improve the mechanical strength of the dielectric part 10 and to facilitate the manufacture of this dielectric part 10 by additive manufacturing.
  • the use of a side wall 14 then makes it possible to manufacture dielectric parts 10 of any shape.
  • At least one dielectric material in the fluid state is also introduced into the three-dimensional solid network 1 1 so as to obtain a part
  • dielectric formed from an interweaving of dielectric materials between said at least one dielectric material in the fluid state and the solid 1 1 network
  • At least one dielectric material in the fluid state is a composition in the liquid state, in particular selected from the group consisting of aqueous compositions, hydroalcoholic compositions, oils, solvents, and liquid crystals.
  • at least one dielectric material in the fluid state is a composition in the gaseous state, in particular selected from the group consisting of atmospheric gases and ionized gases (plasmas).
  • plasmas atmospheric gases and ionized gases
  • a single dielectric material in the fluid state is introduced into the three-dimensional solid network 11.
  • the dielectric materials in the solid state and the dielectric materials in the fluid state have at least one relative electromagnetic constant e G , m G of different values so that the dielectric part thus formed has at least one tensor [e G ], [m G ] determined from at least one constant
  • a dielectric part thus obtained then comprises:
  • the three-dimensional solid network comprising meshes made of at least one dielectric material in the solid state, - at least one dielectric material in the fluid state incorporated into the three-dimensional solid network, and
  • peripheral wall laterally delimiting at least a portion of the lateral contour - in particular the entire lateral contour - of said three-dimensional solid network over its height, the peripheral wall being formed integrally with the three-dimensional solid network.
  • a dielectric part according to the invention can act as an emitter and / or receiver of an electromagnetic and / or electric and / or magnetic field. It can in particular be advantageously used in the field of microwave frequencies (frequencies above 100 MHz, in particular between 1 GHz and 60 GHz), for example (non-limiting list) as:
  • the dielectric part 10 can be used in a horn as shown in FIG. 4.
  • the horn is then formed of a metallic peripheral wall 17 defining a cavity in which the dielectric part 10 is placed.
  • the dielectric part 10 then has a shape adapted to be able to be nested in the horn.
  • the side wall 14 of the dielectric part 10 then extends against the metallic peripheral wall 17 of the horn.
  • the dielectric part 10 can be any dielectric part 10 as shown in Figure 2, the dielectric part 10 can be any dielectric part 10. As shown in Figure 2, the dielectric part 10 can be any dielectric part 10.
  • ground plane 16 formed of an electrically conductive material, in particular a metallic material.
  • the ground plane 16 thus makes it possible to define a resonant frequency of the dielectric part 10.
  • the invention can be the subject of numerous variants and applications other than those described above.
  • the structural and / or functional characteristics of the various embodiments described above may be the subject, in whole or in part, of any different juxtaposition or of any different combination.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce (10) diélectrique comprenant un matériau diélectrique à l'état solide et un matériau diélectrique à l'état fluide, ledit procédé comportant : - une étape d'impression tridimensionnelle lors de laquelle on réalise un réseau (11) solide tridimensionnel par fabrication additive, et - une étape lors de laquelle on incorpore le matériau diélectrique à l'état fluide au sein du réseau solide tridimensionnel, le procédé étant caractérisé en ce que, au cours de l'étape d'impression tridimensionnelle, on forme en outre au moins une paroi (14) latérale formée d'un seul tenant avec le réseau solide tridimensionnel et délimitant latéralement au moins une portion d'un contour (12) dudit réseau (11) solide tridimensionnel.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de fabrication d’une pièce diélectrique à mailles formant un réseau solide
tridimensionnel par ajout de matière
[0001 ] L'invention concerne de manière générale un procédé de fabrication d’une pièce diélectrique comprenant un réseau solide tridimensionnel de mailles diélectriques réalisé par fabrication additive.
[0002] Dans certaines applications telles que les antennes miniaturisées
formées de métamatériaux pour les transmissions dans le domaine des hyperfréquences (fréquences supérieures à 100 MHz), on cherche à utiliser des pièces substrats diélectriques présentant des caractéristiques
électromagnétiques déterminées de façon à ce que le substrat diélectrique lui- même présente une certaine réponse électrique et/ou magnétique à un champ électrique et/ou magnétique.
[0003] On sait qu'il est possible de contrôler la valeur effective d'au moins une constante électromagnétique relative (permittivité diélectrique relative eG et/ou perméabilité magnétique relative mG) d'une pièce diélectrique par imbrication de plusieurs matériaux diélectriques présentant des valeurs différentes pour cette constante électromagnétique relative. Une telle imbrication peut-être réalisée selon différents procédés connus.
[0004] Le document FR 3 029 695 décrit notamment un procédé de
fabrication particulièrement intéressant d'une pièce diélectrique dans lequel on choisit au moins un matériau diélectrique à l’état solide et au moins un matériau diélectrique à l’état fluide (liquide ou gazeux, y compris le vide spatial), les matériaux diélectriques choisis ayant au moins une constante
électromagnétique relative eG, mG de valeurs différentes.
[0005] Conformément au procédé décrit dans ce document, on peut choisir une structure de réseau solide tridimensionnel ayant des mailles dudit au moins un matériau diélectrique solide, ces mailles étant ouvertes dans au moins deux directions différentes non colinéaires, voire trois directions orthogonales entre elles, de manière à former un circuit de circulation pour ledit au moins un matériau diélectrique à l’état fluide.
[0006] Le réseau solide tridimensionnel est réalisé par fabrication additive, autrement connue sous l’appellation d’impression tridimensionnelle par ajout de matière. Selon cette technique de fabrication, un fichier 3D caractéristique du réseau solide tridimensionnel à réaliser est traité par un logiciel spécifique qui organise le découpage en tranches des différentes couches nécessaires à la réalisation du réseau. Ce découpage est envoyé à une imprimante 3D qui dépose le matériau diélectrique couche par couche jusqu’à obtenir le réseau solide tridimensionnel final par empilement des couches. Ledit au moins un matériau à l’état fluide est ensuite incorporé au sein du réseau solide
tridimensionnel, par exemple par aspiration ou injection sous pression.
[0007] Dans la suite, on définit par convention la notion de hauteur du réseau solide tridimensionnel comme correspondant à la dimension du réseau s’étendant parallèlement à la direction d’empilement des couches. Le contour du réseau solide tridimensionnel s’étendant sur ladite hauteur du réseau est désigné comme étant le contour latéral. De la même manière, les mailles périphériques formant le contour latéral du réseau solide tridimensionnel sont désignées comme étant des mailles latérales.
[0008] En sélectionnant soigneusement les matériaux diélectriques et la géométrie de la structure de réseau solide tridimensionnel, un tel procédé de fabrication permet de concevoir une pièce diélectrique avec un contrôle précis, en tout point de la pièce diélectrique, de la valeur d’au moins une constante électromagnétique relative, et en particulier avec des gradients et/ou des anisotropies de cette valeur, c’est-à-dire une répartition tensorielle de valeurs de cette constante électromagnétique dans le volume de la pièce diélectrique.
[0009] Un réseau solide tridimensionnel utilisant des mailles ouvertes dans plusieurs directions orthogonales entre elles est particulièrement avantageux dans les applications où l’on recherche l’obtention de pièces diélectriques utilisant le moins de matière possible, non seulement pour des raisons de coûts, mais aussi de poids. Ces exigences de coûts et de poids sont d’autant plus importantes dans l’industrie spatiale ou aéronautique. [0010] En outre, dans certains modes de réalisation décrits par FR 3 029 695, une composition gazeuse et/ou liquide peut être apportée au sein d’une pièce diélectrique depuis un volume de cette composition gazeuse et/ou liquide dans laquelle la pièce diélectrique est placée, par exemple depuis l’atmosphère terrestre ou le vide spatial. Pour ce faire, le réseau solide tridimensionnel de la pièce diélectrique présente des mailles ouvertes à la périphérie de la pièce diélectrique. Les mailles ouvertes à la périphérie permettent à ladite composition gazeuse et/ou liquide du volume dans lequel la pièce diélectrique est placée d’accéder à l’intérieur du réseau solide tridimensionnel de la pièce diélectrique de façon à pouvoir circuler à l’intérieur de la pièce diélectrique par l’intermédiaire de mailles ouvertes non périphériques du réseau solide tridimensionnel.
[001 1 ] Néanmoins, les ouvertures sur les mailles latérales peuvent induire une mauvaise tenue mécanique de la pièce diélectrique au niveau de ces mailles latérales. De ce fait, la pièce diélectrique est non seulement difficile à fabriquer par fabrication additive au niveau de sa périphérie, mais ne peut pas non plus être utilisée pour certaines applications nécessitant une bonne tenue mécanique de la pièce diélectrique. En particulier, une bonne tenue mécanique peut être nécessaire dans certains domaines tels que ceux du spatial, de l’aéronautique, de l’automobile, des drones, de l’internet des objets...
[0012] Par ailleurs, pour ne pas limiter l’étendue des formes de pièces
diélectriques à celles pouvant être obtenues par un réseau solide
tridimensionnel présentant uniquement des mailles complètes (c’est-à-dire des mailles identiques à la maille élémentaire qui permet de modéliser l’ensemble des mailles non périphériques du réseau solide tridimensionnel), il est souhaitable de pouvoir fabriquer des pièces diélectriques comprenant des mailles périphériques partielles (c’est-à-dire des mailles ne constituant qu’une section de ladite maille élémentaire). En effet, l’utilisation de telles mailles partielles permet d’obtenir une plus grande diversité de formes de pièce diélectrique pouvant être conçues car les mailles périphériques partielles sont définies à partir de la forme souhaitée de la pièce diélectrique.
[0013] Néanmoins, les mailles latérales partielles présentent chacune des parois de matériau diélectrique non soutenues de telle sorte que leur tenue mécanique peut être mauvaise. Du fait de cette mauvaise tenue mécanique, la fabrication additive d’une pièce diélectrique comprenant de telles mailles latérales partielles est difficile à mettre en oeuvre. La difficulté de la fabrication des mailles partielles peut amener à renoncer à certaines formes de pièces diélectriques.
[0014] L’invention vise à pallier ces inconvénients.
[0015] L’invention vise également à proposer un procédé de fabrication d’une telle pièce diélectrique qui soit simple et peu coûteux à mettre en oeuvre.
[0016] L'invention concerne donc un procédé de fabrication d’une pièce diélectrique comprenant au moins un premier matériau diélectrique à l’état solide et au moins un matériau diélectrique à l’état fluide, ledit procédé comportant :
- une étape d’impression tridimensionnelle lors de laquelle on réalise un réseau solide tridimensionnel par fabrication additive, ledit réseau solide tridimensionnel comprenant des mailles dudit au moins un premier matériau diélectrique à l’état solide ouvertes dans au moins deux directions différentes non colinéaires de manière à former un circuit de circulation pour ledit au moins un matériau diélectrique à l’état fluide, ladite fabrication additive consistant à construire ledit réseau par dépôt dudit au moins un premier matériau électrique à l’état solide en couches successives selon une direction d’empilement de couches ; et
- une étape lors de laquelle on incorpore ledit au moins un matériau diélectrique à l’état fluide au sein du réseau solide tridimensionnel, le procédé étant caractérisé en ce que, au cours de l’étape d’impression tridimensionnelle, on forme en outre, pour chaque couche, un dépôt d’au moins un deuxième matériau diélectrique à l’état solide selon au moins une portion continue d’un contour de la couche de manière à obtenir, par empilement des couches, au moins une paroi latérale formée d’un seul tenant avec le réseau solide tridimensionnel et délimitant latéralement au moins une portion d’un contour dudit réseau solide tridimensionnel.
[0017] En d’autres termes, lors de la réalisation du réseau par fabrication additive, on forme au moins une paroi latérale conjointement au réseau, délimitant
latéralement ledit réseau de mailles. Ladite au moins une paroi latérale étant formée d’un seul tenant avec les mailles latérales situées en périphérie du réseau tridimensionnel, on obtient une pièce dont la tenue mécanique est renforcée.
[0018] Dans certains modes de réalisation et selon l’invention, ledit au moins un premier matériau diélectrique à l’état solide et ledit au moins un matériau diélectrique à l’état liquide présentent au moins une constante électromagnétique relative eG, mG de valeurs différentes.
[0019] Dans certains modes de réalisation et selon l’invention, au cours de l’étape d’impression tridimensionnelle, on forme, pour chaque couche, un dépôt dudit au moins un deuxième matériau diélectrique à l’état solide sur la totalité du contour de la couche, de sorte que ladite au moins une paroi latérale obtenue est une paroi fermée délimitant latéralement ledit réseau sur toute sa périphérie.
[0020] Dans certains modes de réalisation et selon l’invention, ladite au moins une paroi latérale présente une épaisseur supérieure ou égale à 100pm .
[0021 ] Dans certains modes de réalisation et selon l’invention, ladite au moins une paroi latérale s’étend sur plusieurs mailles périphériques du réseau solide tridimensionnel.
[0022] Dans certains modes de réalisation et selon l’invention, ledit réseau solide tridimensionnel comprend une répétition de mailles dans toutes les directions de l’espace.
[0023] Dans certains modes de réalisation et selon l’invention, plusieurs
mailles périphériques non latérales formant ledit contour du réseau solide tridimensionnel présentent une face ouverte délimitant ce contour.
[0024] Dans certains modes de réalisation et selon l’invention, les mailles non périphériques dudit réseau solide tridimensionnel sont ouvertes dans au moins deux directions différentes non colinéaires.
[0025] Dans certains modes de réalisation et selon l’invention, la pièce
diélectrique comprend un unique matériau diélectrique à l’état fluide qui est de l’air.
[0026] Dans certains modes de réalisation et selon l’invention, les mailles du réseau solide tridimensionnel sont formées d’un unique premier matériau diélectrique à l’état solide. [0027] En particulier, dans certains modes de réalisation et selon l’invention, ledit premier matériau diélectrique est choisi dans le groupe formé des oxydes métalliques, des carbures, des borures, des nitrures, des fluorures, des siliciures, des titanates, des sulfures, des polymères synthétiques et de leurs mélanges.
[0028] Dans certains modes de réalisation et selon l’invention, ladite au moins une paroi latérale est formée d’un unique deuxième matériau diélectrique.
[0029] En particulier, dans certains modes de réalisation et selon l’invention, ledit deuxième matériau diélectrique est choisi dans le groupe formé des oxydes métalliques, des carbures, des borures, des nitrures, des fluorures, des siliciures, des titanates, des sulfures, des polymères synthétiques et de leurs mélanges.
[0030] En outre, dans certains modes de réalisation et selon l’invention, ledit premier matériau diélectrique et ledit deuxième matériau diélectrique sont les mêmes.
[0031 ] L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce diélectrique caractérisé, en combinaison ou non, par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. Quelle que soit la présentation formelle qui en est donnée, sauf indication contraire explicite, les différentes caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après ne doivent pas être considérées comme étroitement ou inextricablement liées entre elles, l’invention pouvant concerner l’une seulement de ces caractéristiques structurelles ou fonctionnelles, ou une partie seulement de ces caractéristiques structurelles ou fonctionnelles, ou une partie seulement de l’une de ces caractéristiques structurelles ou fonctionnelles, ou encore tout groupement, combinaison ou juxtaposition de tout ou partie de ces caractéristiques structurelles ou fonctionnelles.
[0032] D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre non limitatif de certains de ses modes de réalisation possibles et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 représente une vue en perspective d’un premier mode de réalisation d’une pièce diélectrique obtenue par un procédé de fabrication selon l’invention,
- la figure 2 représente une vue en perspective d’un deuxième mode de réalisation d’une pièce diélectrique obtenue par un procédé de fabrication selon l’invention,
- la figure 3 représente une vue en perspective d’un troisième mode de réalisation d’une pièce diélectrique obtenue par un procédé de fabrication selon l’invention,
- la figure 4 représente une vue en perspective d’un cornet comprenant une pièce diélectrique obtenue par un procédé de fabrication selon l’invention.
[0033] Les pièces 10 diélectriques représentées aux figures 1 à 4 peuvent être obtenues par un procédé de fabrication selon l’invention.
[0034] Dans un procédé de fabrication selon l’invention d’une pièce 10
diélectrique, un réseau 1 1 solide tridimensionnel de mailles en au moins un matériau diélectrique à l’état solide est formé par un procédé de fabrication additive lors d’une étape d’impression tridimensionnelle.
[0035] En particulier, le réseau 1 1 solide tridimensionnel est formé par des dépôts successifs de couches d’au moins un matériau diélectrique à l’état solide selon une direction 18 d’empilement de couches. Ainsi, chaque couche est déposée sur la couche précédemment déposée. Les couches s’étendent parallèlement à un plan orthogonal à ladite direction 18 d’empilement.
[0036] L’un au moins desdits matériaux diélectriques à l’état solide est choisi dans le groupe formé des oxydes métalliques, des carbures, des borures, des nitrures, des fluorures, des siliciures, des titanates, des sulfures, des polymères synthétiques et de leurs mélanges. Rien n’empêche bien sûr de prévoir d’autres matériaux diélectriques, en variante ou en combinaison. De préférence, un seul matériau diélectrique est utilisé pour former le réseau 1 1 solide tridimensionnel par fabrication additive.
[0037] Le dépôt de couches est effectué par une imprimante 3D à partir d’un fichier 3D caractéristique de la pièce 10 diélectrique à réaliser, ce fichier 3D étant généré par un logiciel informatique spécifique qui organise le découpage en tranches des différentes couches nécessaires à la réalisation du réseau 1 1 solide tridimensionnel. [0038] En particulier, la pièce 10 diélectrique est initialement conçue sur un logiciel informatique avant de générer le fichier 3D transmis à ladite imprimante 3D. En particulier, le réseau 1 1 solide tridimensionnel de la pièce 10 diélectrique est conçu selon le procédé décrit par FR 3 029 695.
[0039] On conçoit le réseau 11 solide tridimensionnel de sorte que le réseau 11 solide tridimensionnel présente une partie non latérale de contour 12 comprenant au moins une portion délimitée par des faces ouvertes des mailles 13 périphériques. De telles faces ouvertes permettent la circulation d’au moins un matériau diélectrique fluide au travers du réseau 1 1 solide tridimensionnel.
[0040] On conçoit également le réseau 1 1 solide tridimensionnel de sorte qu’au moins une partie des mailles non périphériques dudit réseau 1 1 solide tridimensionnel est ouverte dans au moins deux directions différentes non colinéaires de l’espace (formant entre elles un angle non nul différent de 180°). On peut ainsi par exemple définir au moins un circuit interne de circulation de fluide dans une pièce selon l’invention.
[0041 ] Le réseau 1 1 solide tridimensionnel présente une forme conçue selon les propriétés souhaitées de la pièce 10 diélectrique. À titre d’exemples, le réseau 1 1 solide tridimensionnel peut présenter une forme de parallélépipède rectangle comme représenté à la figure 1 , ou bien une forme cylindrique de révolution comme représenté à la figure 2. Le réseau 1 1 solide tridimensionnel peut également être un empilement de deux parallélépipèdes rectangles comme représenté à la figure 3. Selon la forme du réseau 1 1 solide
tridimensionnel souhaitée, certaines mailles périphériques latérales peuvent être partielles (c’est-à-dire que ces mailles constituent qu’une section de la maille élémentaire qui permet de modéliser l’ensemble des mailles non périphériques du réseau solide tridimensionnel).
[0042] Par ailleurs, et conformément à un mode de réalisation possible de l’invention, on conçoit également la pièce diélectrique de sorte qu’elle
comprenne au moins une paroi 14 latérale autour du contour latéral du réseau solide tridimensionnel. Chaque paroi 14 latérale est ensuite formée par fabrication additive conjointement au réseau solide tridimensionnel. [0043] En particulier, ladite au moins une paroi 14 latérale est formée par dépôt d’au moins un matériau diélectrique à l’état solide autour de chaque couche formant ledit réseau 1 1 solide tridimensionnel. Plus particulièrement, lors de l’impression tridimensionnelle de chaque couche du réseau 11 solide tridimensionnel, ledit au moins un matériau à l’état solide est déposé selon un contour continu de manière à obtenir au moins un empilement dudit au moins un matériau à l’état solide sur une hauteur du réseau solide tridimensionnel. La hauteur est définie ici comme étant la dimension du réseau s’étendant parallèlement à la direction 18 d’empilement des couches. Chaque empilement forme une paroi latérale qui délimite alors latéralement le réseau solide tridimensionnel sur toute sa périphérie. Ainsi, chaque paroi 14 latérale est formée d’un seul tenant avec le réseau solide tridimensionnel.
[0044] Un tel procédé de fabrication permet par exemple d’obtenir les pièces 10 diélectriques représentées aux figures 1 à 4. Chacune de ces pièces 10 diélectriques comprend au moins une paroi 14 latérale formée tout autour du contour latéral du réseau 11 solide tridimensionnel. Chaque paroi 14 latérale s’étend donc selon une courbe fermée autour du contour latéral du réseau 1 1 solide.
[0045] En particulier, dans le mode de réalisation représenté à la figure 1 , le réseau 1 1 solide tridimensionnel présentant une forme de parallélépipède rectangle, on obtient une paroi 14 latérale présentant une section transversale rectangulaire, notamment carrée, et s’étendant sur la hauteur 15 du réseau 1 1 solide tridimensionnel. Par ailleurs, dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, le réseau 1 1 solide tridimensionnel présentant une forme cylindrique de révolution, la paroi 14 latérale obtenue présente une section transversale circulaire et s’étend sur la hauteur 15 du réseau 11 solide tridimensionnel. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, le réseau 1 1 solide
tridimensionnel présentant la forme d’une superposition de deux
parallélépipèdes rectangles de longueur et de largeur différentes, on obtient deux parois 14 latérales délimitant latéralement chaque parallélépipède rectangle sur la hauteur 15 de chaque parallélépipède rectangle.
[0046] Bien que les modes de réalisation représentés sur les figures
comprennent tous au moins une paroi latérale s’étendant tout autour du contour latéral du réseau solide périphérique, rien n’empêche de prévoir une ou plusieurs parois latérales formées uniquement autour d’une, respectivement plusieurs, portions du contour latéral du réseau solide tridimensionnel. En effet, certaines portions du contour latéral du réseau solide tridimensionnel peuvent présenter une tenue mécanique suffisante pour ne pas avoir à être renforcées par une paroi latérale. Ainsi, dans des modes de réalisation de l’invention non représentés, seules les portions du contour latéral du réseau solide
tridimensionnel présentant une tenue mécanique insuffisante sont renforcées par une paroi latérale. Dans ce cas, lors de l’étape d’impression
tridimensionnelle de chaque couche, on prévoit de déposer au moins un matériau diélectrique à l’état solide selon une ou plusieurs portions continues d’un contour de la couche de manière à obtenir, par empilement des couches, une ou plusieurs parois latérales formées d’un seul tenant avec le réseau solide tridimensionnel et délimitant latéralement une ou plusieurs portions du contour latéral du réseau solide tridimensionnel.
[0047] Par ailleurs, dans certains modes de réalisation non représentés sur les figures, la pièce diélectrique peut présenter un creux intérieur, notamment un orifice traversant ou une cavité intérieure, de dimensions supérieures à plusieurs mailles du réseau solide tridimensionnel. Au moins une paroi latérale intérieure délimitant ledit creux peut alors être utilisée pour renforcer les mailles périphériques du réseau solide tridimensionnel disposées autour de ce creux intérieur. Ainsi, dans tout le texte, on entend par le terme « contour » non seulement une limite extérieure d’un objet (tel que le réseau solide
tridimensionnel ou une couche de matériau diélectrique à l’état solide formant le réseau solide tridimensionnel) mais aussi une limite intérieure de cet objet si celui-ci présente un creux intérieur de dimensions supérieures à plusieurs mailles du réseau solide tridimensionnel.
[0048] De préférence, chaque paroi 14 latérale est formée d’un unique
matériau diélectrique à l’état solide.
[0049] Avantageusement, le réseau 1 1 solide tridimensionnel et chaque paroi 14 latérale sont formés d’un même matériau diélectrique à l’état solide.
Néanmoins, rien n’empêche de prévoir une paroi 14 latérale et un réseau 1 1 solide tridimensionnel qui soient formés de matériaux distincts. [0050] De préférence, au moins une paroi latérale présente une épaisseur supérieure ou égale à 100pm.
[0051 ] Chaque paroi 14 latérale permet d’améliorer la tenue mécanique du contour latéral du réseau 11 solide tridimensionnel.
[0052] En particulier, lorsqu’un réseau solide tridimensionnel présente des mailles latérales partielles comme vu précédemment, une paroi 14 latérale s’étendant autour de ces mailles latérales partielles permet d’améliorer considérablement la tenue mécanique de la pièce 10 diélectrique et de faciliter la fabrication de cette pièce 10 diélectrique par fabrication additive. Ainsi, l’utilisation d’une paroi 14 latérale permet alors de fabriquer des pièces 10 diélectriques de toute forme.
[0053] Au moins un matériau diélectrique à l’état fluide est également introduit dans le réseau 1 1 solide tridimensionnel de façon à obtenir une pièce
diélectrique formée d’une imbrication de matériaux diélectriques entre ledit au moins un matériau diélectrique à l’état fluide et le réseau 1 1 solide
tridimensionnel formé d’au moins un matériau diélectrique à l’état solide. Dans certains modes de réalisation, au moins un matériau diélectrique à l’état fluide est une composition à l’état liquide, notamment choisie dans le groupe formé des compositions aqueuses, des compositions hydroalcooliques, des huiles, des solvants, et des cristaux liquides. Dans certains modes de réalisation, au moins un matériau diélectrique à l’état fluide est une composition à l’état gazeux, notamment choisie dans le groupe formé des gaz atmosphériques et des gaz ionisés (plasmas). De préférence, un seul matériau diélectrique à l’état fluide est introduit dans le réseau 1 1 solide tridimensionnel.
[0054] Les matériaux diélectriques à l’état solide et les matériaux diélectriques à l’état fluide présentent au moins une constante électromagnétique relative eG, mG de valeurs différentes de sorte que la pièce diélectrique ainsi formée présente au moins un tenseur [eG], [mG] déterminé d’au moins une constante
électromagnétique relative eG, mG.
[0055] Une pièce diélectrique ainsi obtenue comprend alors :
- le réseau solide tridimensionnel comprenant des mailles constituées d’au moins un matériau diélectrique à l’état solide, - au moins un matériau diélectrique à l’état fluide incorporé dans le réseau solide tridimensionnel, et
- au moins une paroi périphérique délimitant latéralement au moins une portion du contour latéral -notamment la totalité du contour latéral- dudit réseau solide tridimensionnel sur sa hauteur, la paroi périphérique étant formée d’un seul tenant avec le réseau solide tridimensionnel.
[0056] Une pièce diélectrique selon l’invention peut faire office d’émetteur et/ou de récepteur d’un champ électromagnétique et/ou électrique et/ou magnétique. Elle peut être notamment avantageusement utilisée dans le domaine des hyperfréquences (fréquences supérieures à 100 MHz, notamment comprises entre 1 GHz et 60GHz), par exemple (liste non limitative) à titre de :
- substrat (ce terme englobant aussi les substrats de recouvrement dits
« superstrats ») d’antenne,
- lentille diélectrique,
- radôme,
- substrat ou isolant pour circuit électrique hyperfréquence,
- résonateur diélectrique dans un filtre à résonateur diélectrique.
[0057] Par exemple, la pièce 10 diélectrique peut être utilisée dans un cornet comme représenté à la figure 4. Le cornet est alors formé d’une paroi 17 périphérique métallique délimitant une cavité dans laquelle la pièce 10 diélectrique est placée. La pièce 10 diélectrique présente alors une forme adaptée pour pouvoir être imbriquée dans le cornet. La paroi 14 latérale de la pièce 10 diélectrique s’étend alors contre la paroi 17 périphérique métallique du cornet.
[0058] Comme représenté à la figure 2, la pièce 10 diélectrique peut
également être assemblée à un plan 16 de masse formé d’un matériau électriquement conducteur, notamment un matériau métallique. Le plan 16 de masse permet ainsi de définir une fréquence de résonance de la pièce 10 diélectrique.
[0059] L’invention peut faire l’objet de nombreuses variantes et applications autres que celles décrites ci-dessus. En particulier, il va de soi que sauf indication contraire les différentes caractéristiques structurelles et fonctionnelles de chacun des modes de réalisation décrits ci-dessus ne doivent pas être considérées comme combinées et/ou étroitement et/ou inextricablement liées les unes aux autres, mais au contraire comme de simples juxtapositions. En outre, les caractéristiques structurelles et/ou fonctionnelles des différents modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent faire l’objet en tout ou partie de toute juxtaposition différente ou de toute combinaison différente.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] Procédé de fabrication d’une pièce (10) diélectrique
comprenant au moins un premier matériau diélectrique à l’état solide et au moins un matériau diélectrique à l’état fluide, ledit procédé comportant :
- une étape d’impression tridimensionnelle lors de laquelle on réalise un réseau (1 1 ) solide tridimensionnel par fabrication additive, ledit réseau (1 1 ) solide tridimensionnel comprenant des mailles dudit au moins un premier matériau diélectrique à l’état solide ouvertes dans au moins deux directions différentes non colinéaires de manière à former un circuit de circulation pour ledit au moins un matériau diélectrique à l’état fluide, ladite fabrication additive consistant à construire ledit réseau (11 ) par dépôt dudit au moins un premier matériau électrique à l’état solide en couches successives selon une direction (18) d’empilement de couches ; et
- une étape lors de laquelle on incorpore ledit au moins un matériau diélectrique à l’état fluide au sein du réseau solide tridimensionnel,
le procédé étant caractérisé en ce que, au cours de l’étape d’impression tridimensionnelle, on forme en outre, pour chaque couche, un dépôt d’ au moins un deuxième matériau diélectrique à l’état solide selon au moins une portion continue d’un contour de la couche de manière à obtenir, par empilement des couches, au moins une paroi (14) latérale formée d’un seul tenant avec le réseau solide tridimensionnel et délimitant latéralement au moins une portion d’un contour (12) dudit réseau (1 1 ) solide tridimensionnel.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit au moins un premier matériau diélectrique à l’état solide et ledit au moins un matériau diélectrique à l’état liquide présentent au moins une constante électromagnétique relative eG, mG de valeurs différentes.
[Revendication 3] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’au cours de l’étape d’impression tridimensionnelle, on forme, pour chaque couche, un dépôt dudit au moins un deuxième matériau diélectrique à l’état solide sur la totalité du contour de la couche, de sorte que ladite au moins une paroi (14) latérale obtenue est une paroi fermée délimitant latéralement ledit réseau (1 1 ) sur toute sa périphérie.
[Revendication 4] Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite au moins une paroi (14) latérale présente une épaisseur supérieure ou égale à 100pm.
[Revendication 5] Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite au moins une paroi (14) latérale s’étend sur plusieurs mailles (13) périphériques du réseau (1 1 ) solide tridimensionnel.
[Revendication 6] Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit réseau (1 1 ) solide tridimensionnel comprend une répétition de mailles dans toutes les directions de l’espace.
[Revendication 7] Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que plusieurs mailles (13) périphériques non latérales formant ledit contour (12) du réseau solide tridimensionnel présentent une face ouverte délimitant ledit contour (12).
[Revendication 8] Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pièce diélectrique comprend un unique matériau diélectrique à l’état fluide qui est de l’air.
[Revendication 9] Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les mailles du réseau (1 1 ) solide tridimensionnel sont formées d’un unique premier matériau diélectrique à l’état solide.
[Revendication 10] Procédé selon l’une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que ladite au moins une paroi (14) latérale est formée d’un unique deuxième matériau diélectrique.
[Revendication 1 1] Procédé selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que ledit premier matériau diélectrique et ledit deuxième matériau
diélectrique sont les mêmes.
[Revendication 12] Procédé selon l’une des revendications 9 à 1 1 ,
caractérisé en ce que ledit premier matériau diélectrique est choisi dans le groupe formé des oxydes métalliques, des carbures, des borures, des nitrures, des fluorures, des siliciures, des titanates, des sulfures, des polymères synthétiques et de leurs mélanges.
[Revendication 13] Procédé selon l’une des revendications 9 à 12,
caractérisé en ce que ledit deuxième matériau diélectrique est choisi dans le groupe formé des oxydes métalliques, des carbures, des borures, des nitrures, des fluorures, des siliciures, des titanates, des sulfures, des polymères synthétiques et de leurs mélanges.
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