MAT-2-STRUCT : Du matériau à la structure magnétique par la fabrication additive

MAT-2-STRUCT : Du matériau à la structure magnétique par la fabrication additive

À propos de ce projet

Thème

Contexte

La fabrication additive a connu un développement considérable au cours des vingt dernières années et s’est étendue à un large éventail de secteurs industriels. Outre le fait que ce procédé permet le prototypage rapide, il offre la possibilité de créer des géométries complexes, difficiles à produire en utilisant des technologies traditionnelles.

Différentes technologies de fabrication additive ont été appliquées sur de nombreux types de matériaux notamment les polymères. Aujourd’hui, plusieurs recherches portent sur des matériaux fonctionnels plus complexes, tels que les métaux ou les céramiques. L’adaptation de la structure de dépose, aux performances magnétiques est recherchée.

Ce nouveau procédé induit de nouvelles contraintes propres à la matière utilisée et aux spécificités du procédé de fabrication additif retenu.

Des chercheurs ont mis en place une thèse dans ce contexte afin de réaliser, grâce à la fabrication additive, des circuits magnétiques en ferrite douce permettant de concevoir de nouveaux composants auparavant irréalisables.

Les verrous scientifiques liés à cette thèse sont nombreux et pluridisciplinaires. Procédé d’impression, réalisation de feedstock, granulométrie, caractérisation magnétique, conception de composants magnétiques, sont autant d’éléments à maîtriser car ils interagissent entre eux

Objectifs

L’objectif de ce travail de recherche est d’utiliser le procédé de fabrication additive pour concevoir des composants magnétiques à base de ferrite douce. Ces circuits magnétiques formeront différents composants passifs de type inductances ou transformateurs haute fréquence ; éléments indispensables aux systèmes modernes de conversion d’énergie, afin de les rendre compacts et efficaces énergétiquement.

La fabrication additive permettra une mise en forme en un temps relativement court. Toutefois, le matériau imprimé devra avoir des performances magnétiques compatibles avec le besoin. Le besoin industriel est clair : savoir réaliser des pièces en ferrite de forme complexe en un temps raisonnable.

L’objectif est de tirer le meilleur parti des objets imprimés en ferrite, en fonction du matériau adapté à l’impression et de la structure de l’objet, liée au procédé de fabrication additive. Dans ce but, différents axes de recherche, doivent être explorés :

• Le matériau et sa caractérisation
• La modélisation du matériau et de la structure afin de comprendre les phénomènes au niveau du matériau pour ensuite les intégrer globalement au niveau de la structure
• La prise en compte du procédé lors de la conception de la structure grâce à des techniques de conception par optimisation

Retombés

A terme, cette thèse permettra de caractériser et de modéliser le matériau, ainsi que d’optimiser la conception des circuits magnétiques. Voici les retombées attendues pour chaque axe de recherche :

• Matériaux et caractérisation magnétique : avoir un matériau avec des performances proches de celles obtenues avec un procédé classique. Notamment la perméabilité magnétique relative et les pertes. Le comportement global de l’échantillon sera évalué afin d’être utilisé dans des outils de modélisation. Le bon fonctionnement des éléments à une température élevée sera également étudié. Associé à ce travail, l’aspect vieillissement sera abordé.
• Modélisation micro et macro : permettre de rechercher les singularités mécaniques pour pouvoir s’en affranchir dans une phase de conception. De plus, des modèles de composant paramétrés pour de l’optimisation topologique seront développés. Le modèle devra être souple et rapide.
• Structure et procédé : indiquer le sens de dépose pour le logiciel de découpage de modèles 3D. Les chercheurs testeront différentes méthodes d’optimisation topologique afin de produire, par fabrication additive, des composants répondant à un cahier des charges de type inductance ou transformateur haute fréquence. Ils testeront ensuite les résultats de l’optimisation topologique.

 

Photo de l’imprimante à multi-têtes pour l’impression multimatériaux 

Photo d’un tore en ferrite