WO2024115315A1 - Procédé de fabrication d'une pièce comprenant au moins un aimant par fabrication additive - Google Patents

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WO2024115315A1
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Fernando BONILLA-ANGULO
Jere Kolehmainen
Thierry Laurent
Gildas LECUYER
Florian LOUBEAU
Lucas Sannier
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Ampere S.A.S.
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    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only

Definitions

  • the technical field of the invention is the manufacture of permanent magnets, and more particularly, the manufacture of such magnets for electric rotating machines.
  • Electric rotating machines require magnets, in particular permanent magnets in their rotor.
  • the process for manufacturing permanent magnets involves the production of a powder of magnetic material, the pressing of this powder to shape it 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.
  • the magnets 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.
  • Document CN103854844 describes a process for preparing bonded magnets with complex shapes using 3D printing.
  • Document EP2920796 describes a process for manufacturing a permanent magnet as well as a permanent magnet made from bonded magnets.
  • the technical problem to be solved is therefore how to produce a mosaic of individual pixelated permanent magnets.
  • 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:
  • the method may further comprise steps consisting of depositing the first material layer by layer, then carrying out sintering.
  • the method may further comprise steps consisting of depositing the second material layer by layer, then carrying out sintering.
  • the method may further comprise steps consisting of depositing the first material layer by layer, depositing the second material layer by layer, then carrying out simultaneous sintering of the two materials.
  • composition of the first material can be varied in at least one of the layers deposited.
  • the first material can be deposited under a magnetic field.
  • the first material can be sintered under a magnetic field.
  • a layer of heavy rare earth is deposited and annealed.
  • the part is subjected to a pressing treatment under temperature.
  • the part is subjected to a magnetization step by application of a magnetic field.
  • the pixelation is carried out with a predefined parallelepiped pattern, preferably chosen from a square, honeycomb, hexagonal, circular, ring or ellipsoidal pattern.
  • the first material is chosen from magnets based on rare earths, in particular NdFeB and SmCo, composite materials with soft magnetism, ferrites
  • 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.
  • the additive manufacturing method is the metal manufacturing process by MBJ binder jetting (English acronym for “metal binder jetting (MBJ)”) or by any other metal additive manufacturing process in combination with MBJ.
  • the additive manufacturing method is cold spraying.
  • 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.
  • a guide rail can be provided on each side of the sector, different from an arc, so as to facilitate assembly.
  • the manufacturing process has the advantage of no loss of material (deposit just as necessary), no cutting of the magnet, no control over the geometry of the part, absence of 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.
  • FIG.1 illustrates a rotor sector comprising a plurality of unit magnets produced using the manufacturing process according to the invention
  • FIG.2 illustrates the pixelation of a unit magnet of a sector
  • FIG.3 illustrates the main stages of a manufacturing process according to a first embodiment
  • FIG.4 illustrates the main stages of a manufacturing process according to a second embodiment
  • FIG.5 illustrates the main stages of a manufacturing process according to a third embodiment
  • FIG.6 illustrates the main stages of a manufacturing process according to a fourth embodiment
  • FIG.7 illustrates a rotor sector arranged in a rotor
  • FIG.8 illustrates the main stages of a manufacturing process according to a fifth embodiment
  • Figure [Fig.l] illustrates a rotor sector 1 comprising a plurality of unit magnets arranged in an insulating material 1b. Several sectors 1 are assembled to form an axial flux machine rotor.
  • 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.
  • MB J metal photolithography
  • DED directed energy deposition
  • bed fusion PBF powder Oxford acronym for “Powder Bed Fusion” either by laser or electron beam
  • Cold Spray Cold Spray
  • Material projection Cold Spray
  • Direct Write Processes Direct Write Processes
  • a first material having magnetic properties is deposited by additive manufacturing.
  • 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.
  • all of the magnets and the insulator are encapsulated in a third material.
  • the manufacturing process begins with a first step 11 during which the shape of a part to be produced and the location of at least one are determined.
  • the part to be produced can be the rotor sector described above.
  • Pixelation is obtained by cutting each zone to be produced in the first material into small parallelepipeds of 1mm to 10mm side and 2mm to 20mm thickness.
  • Figure [Fig.2] illustrates the pixelation of a magnet la into parallelepipeds le, separated in this case by parts 1b which will be filled with the second material.
  • the parallelepipeds are separated by providing spacings of 0.1pm to 5mm on the surface, extending totally or partially in the thickness of the magnet.
  • Other pixelation patterns can be used, such as honeycomb, hexagonal, circular, ring or ellipsoidal. Such pixelation makes it possible to avoid mechanical or laser cutting of the magnets.
  • 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.
  • a layer of the first material is deposited in each location to be produced in the first material during a first sub-step 12a.
  • the first sub-step 12a is repeated until the desired height is obtained.
  • the first material is chosen from magnets based on rare earths, in particular NdFeB and SmCo, composite materials with soft magnetism, and ferrites.
  • the shape of the zones to be produced with the first material is not limited due to the use of additive manufacturing so that any desired shape can be produced. These include a square, rectangular, hexagonal, trapezoidal, rhomboidal, triangular, arc-shaped, or oval shape.
  • sintering is carried out 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.
  • the sintering temperature is generally high but must be lower than the melting temperature of the first material.
  • 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.
  • the cooling must present a lowest possible temperature ramp to avoid temperature variations inside the volumes made in the first material, so as to avoid deformation and cracking.
  • the process continues with a fourth step 14 during which all of the magnets are molded in a second material or a layer of the second material is deposited. This deposit allows you to achieve at least one of the following effects:
  • the second material is chosen from thermoplastic polymers, filled or not, such as PES (“polyethersulfone”), PPS (“polyphenylene sulfide”), PTE (“polyethylene terephthalate”), PVdF (“polyvinylidene fluoride”). "), P.A.
  • polyamide polyamide
  • PEEK polyetheretherketone
  • PEKK polyetherketoneketone
  • thermosetting polymers filled or not
  • PI polyimide
  • Epoxy Epoxy
  • PU polyurethane
  • MS polymer English acronym for “ modified silicon” or “modified silicone”
  • silicones silicones
  • rubbers ceramic materials such as silica or alumina.
  • the order of deposition of the first material and the second material is inverted.
  • the fourth step 14 is avoided by depositing the second material in additive manufacturing like the first material.
  • the two materials are deposited simultaneously then sintered simultaneously.
  • the steps common with the previous embodiment bear common references.
  • the process includes a second step 121 during which the two materials are deposited.
  • the second step 121 comprises a sub-step 12c of depositing the insulation carried out between the first sub-step 12a and the second sub-step 12b.
  • the two materials are sintered simultaneously during a step 13a.
  • the two materials are deposited sequentially, in particular by MBJ or by a combination of MBJ and other technologies, but sintered simultaneously.
  • 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 area to be created in the first material.
  • a layer of the first material is deposited in each location to be produced in the first material during a first sub-step 12a.
  • the first sub-step 12a is repeated until the desired height is obtained.
  • 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.
  • sub-step 12c is repeated until the desired height is obtained.
  • the process continues with a step 13a of sintering the first and second materials in an oven.
  • 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 for one of the two materials.
  • the two materials are deposited (steps 12,123) and sintered (steps 13,13b) one after the other. It is then necessary to ensure that the second deposited material has a sintering temperature lower than the melting temperature of the first deposited material, preferably lower than the sintering temperature of the first deposited material.
  • 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.
  • a layer of the first material is deposited in each location to be produced in the first material during a first sub-step 12a.
  • the first sub-step 12a is repeated until the desired height is obtained.
  • the first material is sintered.
  • 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 .
  • 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.
  • sub-step 12c is repeated until the desired height is obtained.
  • the process continues with a step 13b of sintering the second material in an oven.
  • the densification effects 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 a HIP treatment (acronym for “Hot Isostatic Pressing” also known by the French acronym CIC for “Compression Isostatic à Chaud”), described later in this presentation.
  • 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.
  • the second material can be formed separately then glued in contact with the first material.
  • 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.
  • the first material may be dysprosium, the concentration of which is higher at the surface than at depth.
  • the deposition of the first material is carried out under a magnetic field.
  • the magnetic field is applied during the deposition of the powder before printing the binder.
  • the powder thickness must then be between lOpm and lOOpm.
  • 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.
  • the sintering of the first material is also carried out under a magnetic field.
  • 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.
  • 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 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.
  • HREE acronym for “Heavy Rare Earth Element” such as Terbium Tb, Dysprosium Dy or Holmium Ho
  • a fifth step is added to the process, during which the finished part is subjected to 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 carried out under pressures of 50MPa to 100MPa and at temperatures between 400°C and 1400°C depending on the metal powders used.
  • HIP treatment is known to those skilled in the art of powder metallurgy. It is carried out under pressures of 50MPa to 100MPa and at temperatures between 400°C and 1400°C depending on the metal powders used.
  • the finished part can be subjected to a magnetization step in order to give it the magnetic properties required for the intended use.
  • guide rails Id can be provided on the sides of a sector during manufacture . These rails then facilitate the installation and alignment of a sector 1 during the assembly of the rotor by cooperating with corresponding grooves 2a provided in the rotor 2.
  • Figure [Fig.7] illustrates such an arrangement.
  • the shape of the part to be produced and the location of at least one zone to be produced in the first material are determined, in a manner similar to the first mode. production, during a first step 11.
  • 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.
  • the 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. , notably by MBJ, during a sub-stage 12g.
  • the first sub-step 12g is repeated until the desired height is obtained.
  • the two materials are sintered simultaneously during a step 13a.
  • the manufacturing process described above in any of its embodiments, can be applied to the manufacturing of magnets of particular shape as illustrated in the figure [Fig. .9].
  • Comb-shaped magnets 90a, 90b, complementary to each other are manufactured.
  • Such combs 90a, 90b comprise a back and teeth each extending from the back, the teeth being spaced relative to each other.
  • Each comb tooth 9 la, 91b has a prismatic shape along a transverse section plane, as illustrated in figure [Fig.10],
  • the combs 90a, 90b are glued with a binder then placed in contact. The whole is then pressed and the binder crosslinked.
  • the object obtained has a particular structure which cannot be easily obtained without using the manufacturing process described above.

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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.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de fabrication d’une pièce comprenant au moins un aimant par fabrication additive
Domaine technique
[0001] L’invention a pour domaine technique la fabrication d’aimants permanents, et plus particulièrement, la fabrication de tels aimants pour des machines tournantes électriques.
Techniques antérieures
[0002] Les machines tournantes électriques nécessitent des aimants, notamment des aimants permanents dans leur rotor.
[0003] 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.
[0004] Afin d’optimiser le champ magnétique généré et les performances associées, les aimants doivent présenter des formes particulières, parfois complexes et coûteuses à réaliser avec des moyens de production conventionnels.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] De l’état de la technique antérieure, on connait le document KR101718591 décrivant un procédé d’impression 3D pour fabriquer un aimant permanent.
[0008] Le document CN103854844 décrivant un procédé de préparation d’aimants collés à formes complexes en utilisant l’impression 3D.
[0009] Le document EP2920796 décrit un procédé de fabrication d’un aimant permanent ainsi que d’un aimant permanent issu d’aimants collés.
[0010] 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.
[0011] Le problème technique à résoudre est donc comment réaliser une mosaïque d’aimants permanents individuels pixélisés.
Exposé de l’invention
[0012] 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 l’aimant distinctes des premières zones.
[0013] Le procédé peut comprendre en outre des étapes consistant à déposer le premier matériau couche par couche, puis à réaliser un frittage.
[0014] Le procédé peut comprendre en outre des étapes consistant à déposer le deuxième matériau couche par couche, puis à réaliser un frittage.
[0015] 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.
[0016] On peut varier la composition du premier matériau dans au moins une des couches déposées.
[0017] On peut réaliser le dépôt du premier matériau sous champ magnétique.
[0018] On peut réaliser le frittage du premier matériau sous champ magnétique.
[0019] Une couche de terre rare lourde est déposée et recuite.
[0020] La pièce est soumise à un traitement de pressage sous température.
[0021] La pièce est soumise à une étape de magnétisation par application d’un champ magnétique.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] La méthode de fabrication additive, notamment pour le deuxième matériau, est la projection à froid.
[0026] 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.
[0027] Un rail de guidage peut être ménagé de chaque côté du secteur, différent d’un arc, de sorte à en faciliter l’assemblage.
[0028] 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.
Brève description des dessins
[0029] 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 :
[0030] - la figure [Fig.1] illustre un secteur de rotor comprenant une pluralité d’aimants unitaires réalisé par l’intermédiaire du procédé de fabrication selon l’invention,
[0031] - la figure [Fig.2] illustre la pixélisation d’un aimant unitaire d’un secteur,
[0032] - la figure [Fig.3] illustre les principales étapes d’un procédé de fabrication selon un premier mode de réalisation,
[0033] - la figure [Fig.4] illustre les principales étapes d’un procédé de fabrication selon un deuxième mode de réalisation,
[0034] - la figure [Fig.5] illustre les principales étapes d’un procédé de fabrication selon un troisième mode de réalisation,
[0035] - la figure [Fig.6] illustre les principales étapes d’un procédé de fabrication selon un quatrième mode de réalisation, [0036] - la figure [Fig.7] illustre un secteur de rotor disposé dans un rotor,
[0037] - la figure [Fig.8] illustre les principales étapes d’un procédé de fabrication selon un cinquième mode de réalisation,
[0038] - les figures [Fig.9] à [Fig.12] illustrent un exemple de réalisation obtenu grâce au procédé de fabrication selon l’invention.
Description détaillée
[0039] La figure [Fig.l] illustre un secteur 1 de rotor comprenant une pluralité d’aimants unitaires la disposés dans un matériau isolant 1b. Plusieurs secteurs 1 sont assemblés afin de former un rotor de machine à flux axial.
[0040] 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 MB J 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).
[0041] 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.
[0042] Dans un premier mode de réalisation illustré par la figure [Fig.3], le procédé de fabrication débute par une première étape 11 au cours de laquelle 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. La pièce à réaliser peut être le secteur de rotor décrit ci-dessus.
[0043] 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.
[0044] 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. [0045] 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 [Fig.2] illustre la pixélisation d’un aimant la en parallélépipèdes le, séparés en l’occurrence par des parties 1b qui seront remplies avec le deuxième matériau. Les parallélépipèdes le sont séparés en prévoyant des espacements de 0,lpm à 5mm à la surface, s’étendant totalement ou partiellement dans l’épaisseur de l’aimant. D’autres motifs de pixélisation peuvent être employés, comme en nid d’abeille, hexagonal, circulaire, en anneau ou ellipsoïdal. De telles pixélisations permettent d’éviter une découpe mécanique ou par laser des aimants.
[0046] 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.
[0047] 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.
[0048] 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.
[0049] 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.
[0050] 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.
[0051] La température de frittage est généralement élevée mais doit être inférieure à la température de fusion du premier matériau.
[0052] 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.
[0053] 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.
[0054] 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. [0055] 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.
[0056] Dans un deuxième mode de réalisation, la quatrième étape 14 est évitée en déposant le deuxième matériau en fabrication additive comme le premier matériau.
[0057] 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.
[0058] Dans un mode de réalisation illustré par la figure [Fig.4], les deux matériaux sont déposés simultanément puis frittés simultanément. Les étapes communes avec le mode de réalisation précédent portent des références communes. Le procédé comprend une deuxième étape 121 au cours de laquelle les deux matériaux sont déposées. La deuxième étape 121 comprend une sous-étape 12c de dépôt de l’isolant réalisée entre la première sous-étape 12a et la deuxième sous-étape 12b. Le frittage des deux matériaux est réalisé simultanément au cours d’une étape 13a.
[0059] Dans un autre mode de réalisation illustré par la figure [Fig.5], les deux matériaux sont déposés séquentiellement, notamment par MBJ ou par une combinaison de MBJ et d’autres technologies, mais frittés simultanément.
[0060] 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.
[0061] 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.
[0062] 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.
[0063] Le procédé se poursuit par une étape 13a de frittage du premier et du deuxième matériau dans un four.
[0064] 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.
[0065] Dans un autre mode de réalisation illustré par la figure [Fig.6], les deux matériaux sont déposés (étapes 12,123) et frittés (étapes 13,13b) l’un après l’autre. Il est alors nécessaire de s’assurer que le deuxième matériau déposé présente une température de frittage inférieure à la température de fusion du premier matériau déposé, de préférence inférieure à la température de frittage du premier matériau déposé.
[0066] 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.
[0067] 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.
[0068] Au cours d’une troisième étape 13, on réalise le frittage du premier matériau.
[0069] 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.
[0070] Le procédé se poursuit par une étape 13b de frittage du deuxième matériau dans un four.
[0071] 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.
[0072] 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.
[0073] 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 Hcj de l’aimant fabriqué. Par exemple, le premier matériau peut être du dysprosium dont la concentration est plus élevée en surface qu’en profondeur.
[0074] 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 MB J, le champ magnétique est appliqué lors du dépôt de la poudre avant impression du liant. L’épaisseur de poudre doit alors être comprise entre lOpm et lOOpm. 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.
[0075] 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.
[0076] 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.
[0077] 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 lOOMPa et à des températures comprises entre 400°C et 1400°C selon les poudres métalliques employées. [0078] Dans tous les cas, il est possible de déposer une couche de matériau anticorrosion sur les aimants finis.
[0079] 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.
[0080] 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 Id 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 [Fig.7] illustre un tel agencement.
[0081] 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 préférera la technique MBJ qui permet de conserver la structure magnétique du premier matériau du fait d’un chauffage inférieur à la température de fusion.
[0082] Dans un mode de réalisation illustré par la figure [Fig.8], on détermine la forme de la pièce à réaliser et l’emplacement d’au moins une zone à réaliser dans le premier matériau, de manière similaire au premier mode de réalisation, au cours d’une première étape 11.
[0083] 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.
[0084] 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 [Fig.9]. Des aimants en forme de peignes 90a, 90b, complémentaires l’un par rapport à l’autre sont fabriqués. De tels peignes 90a, 90b comprennent un dos et des dents s’étendant chacune depuis le dos, les dents étant espacées l’une par rapport à l’autre. Chaque dent de peigne 9 la, 91b présente une forme prismatique selon un plan de coupe transverse, tel qu’illustré sur la figure [Fig.10],
[0085] 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.
[0086] Apres réticulation du liant, le dos de chacun des peignes 90a, 90b est découpé. On obtient alors un élément globalement parallélépipédique comprenant les dents 9 la, 91b imbriquées et collées. Un tel parallélépipède est illustré par la figure [Fig.l 1] et présente selon sa tranche une alternance de structures prismatiques imbriquées telle qu’illustrée par la figure [Fig.12].
[0087] L’objet obtenu présente une structure particulière qui ne peut être obtenue aisément sans faire appel au procédé de fabrication décrit ci-dessus.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de fabrication d’une pièce comprenant au moins un aimant unitaire (la) disposé dans un matériau isolant (1b), par fabrication additive, comprenant les étapes consistant à:
- définir (11) des premières zones correspondant à chaque aimant unitaire (la), 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.
[Revendication 2] Procédé de fabrication selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes consistant à :
- déposer (12, 122) le premier matériau couche par couche, et
- réaliser (13, 13a) un frittage.
[Revendication 3] Procédé de fabrication selon l’une des revendications 1 ou 2, comprenant en outre les étapes consistant à :
- déposer (122, 123) le deuxième matériau couche par couche, et
- réaliser (13b) un frittage.
[Revendication 4] Procédé de fabrication selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes consistant à :
- déposer (12a) le premier matériau couche par couche,
- déposer (12b) le deuxième matériau couche par couche,
- fritter simultanément (13a) les deux matériaux.
[Revendication 5] Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la composition du premier matériau varie dans au moins une des couches déposées.
[Revendication 6] Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dépôt du premier matériau est réalisé sous champ magnétique.
[Revendication 7] Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le frittage du premier matériau est réalisé sous champ magnétique.
[Revendication 8] Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications pré- cédentes, dans lequel une couche de terre rare lourde est déposée et recuite.
[Revendication 9] Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’aimant est soumis à un traitement de pressage sous température.
[Revendication 10] Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’aimant est soumis à une étape de magnétisation par application d’un champ magnétique.
[Revendication 11] Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel 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.
[Revendication 12] Procédé de fabrication l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel 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 (« 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.
[Revendication 13] Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la méthode de fabrication additive est le procédé de fabrication métallique par jet de liant.
[Revendication 14] Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la méthode de fabrication additive, notamment pour le deuxième matériau, est la projection à froid.
[Revendication 15] Secteur (1) de rotor de machine électrique tournante, comprenant une pluralité d’aimants unitaires (12a) réalisés par le procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 14.
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