EP-4737032-A1 - METHOD FOR PRODUCING FERROMAGNETIC WORKPIECES WITH AN OVERHANGING SURFACE AND WORKPIECE OBTAINED BY THIS METHOD

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce ferromagnétique, comprenant les étapes successives suivantes : a) fabrication additive d'un ensemble intermédiaire (1) en un matériau ferromagnétique comprenant une ébauche (2) de la pièce ferromagnétique et au moins un support (6), l'ébauche comprenant au moins une partie en surplomb (4) supportée par le au moins un support, b) élimination de chaque support par dissolution chimique.

Inventors

• CROSET, Guillaume
• BAFFIE, THIERRY
• BONNEFOY, VINCENT

Assignees

• Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251020

Claims (15)

1. Procédé de fabrication d'une pièce ferromagnétique, comprenant les étapes successives suivantes : a) fabrication additive d'un ensemble intermédiaire (1) en un matériau ferromagnétique comprenant une ébauche (2) de la pièce ferromagnétique et au moins un support (6), l'ébauche comprenant au moins une partie en surplomb (4) supportée par le au moins un support, l'ébauche comprenant une paroi (3) monolithique formant la ou les parties en surplomb, la paroi ayant la forme d'une grille, lorsqu'observée selon une coupe transversale de l'ensemble intermédiaire, la grille étant constituée d'une ligne principale et d'une pluralité de lignes secondaires, chaque ligne secondaire étant une ramification de la ligne principale s'étendant en vis-à-vis d'une autre ligne secondaire, les lignes secondaires étant éloignées les unes des autres de sorte que, pour chaque ligne secondaire, la partie de la paroi suivant ladite ligne secondaire est espacée des parties de la paroi suivant les autres lignes secondaires, b) élimination de chaque support par dissolution chimique.
2. Procédé de fabrication d'une pièce ferromagnétique, comprenant les étapes successives suivantes : a) fabrication additive d'un ensemble intermédiaire (1) en un matériau ferromagnétique comprenant une ébauche (2) de la pièce ferromagnétique et au moins un support (6), l'ébauche comprenant au moins une partie en surplomb (4) supportée par le au moins un support, l'ébauche comprenant une paroi (3) monolithique formant la ou les parties en surplomb, la paroi ayant une forme repliée sur elle-même de sorte que la paroi suit une ligne continue, lorsqu'observée selon une coupe transversale de l'ensemble intermédiaire, chaque surface (11 1 ) de la paroi en vis-à-vis d'une autre surface (11 2 ) de la paroi étant espacée de ladite autre surface, de préférence la distance entre lesdites surfaces étant inférieure à 250 µm, b) élimination de chaque support par dissolution chimique.
3. Procédé selon la revendication précédente, la ligne continue étant une courbe de remplissage de l'espace d'ordre supérieur ou égal à 2, de préférence la courbe de remplissage de l'espace étant une courbe de Peano ou une courbe de Hilbert.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, la différence entre l'épaisseur (E) de la paroi à l'issue de l'étape a) et l'épaisseur de la paroi à l'issue de l'étape b) étant comprise entre 50 et 150 µm, et/ou la paroi ayant une épaisseur (E) comprise entre 110 et 2000 µm à l'issue de l'étape a).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la partie en surplomb étant supportée par une pluralité de supports espacés les uns des autres, de préférence la distance entre deux supports adjacents étant comprise entre 100 et 5000 µm.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le support ayant, à l'issue de l'étape a), une forme cylindrique, de préférence de diamètre compris entre 50 et 200 µm, ou la forme d'un parallélépipède allongé, de préférence d'épaisseur comprise entre 50 et 200 µm et/ou de longueur comprise entre 500 et 10000 µm.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le support présentant, à l'issue de l'étape a), une hauteur, mesurée selon la direction de la force gravitationnelle durant l'étape a), comprise entre 100 et 500 µm.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le matériau ferromagnétique étant du fer ou un alliage comprenant du fer et au moins un élément choisi parmi le silicium, le cobalt et le nickel.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'ensemble intermédiaire ayant une forme générale torique ou parallélépipédique.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la fabrication additive de l'étape a) mettant en œuvre une méthode de fusion sur lit de poudre, par exemple de fusion par laser ou par faisceau d'électrons sur lit de poudre, ou une méthode de dépôt de matière sous énergie concentrée, en particulier le dépôt de matière fondue par laser.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'étape b) comprenant une sous-étape b 1 ) d'immersion de l'ensemble intermédiaire dans un bain d'agent dissolvant et/ou de mise en circulation d'un agent dissolvant dans des interstices (12) compris par l'ensemble intermédiaire, de préférence la sous-étape b 1 ) durant entre 0,5 et 5 min, de préférence le bain et/ou l'agent dissolvant mis en circulation étant à une température comprise entre 20 et 100 °C, de préférence le débit de circulation de l'agent dissolvant dans lesdits interstices étant compris entre 0,1 et 10 mL/min.
12. Procédé selon la revendication précédente, l'agent dissolvant du bain et/ou de la mise en circulation comprenant un acide choisi parmi l'acide nitrique, l'acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique, de préférence l'agent dissolvant comprenant un solvant choisi parmi l'alcool éthylique ou l'eau, de préférence l'acide représentant entre 1 et 5 % en volume de l'agent dissolvant.
13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, l'étape b) comprenant une sous-étape b 2 ), ultérieure à la sous-étape b 1 ), de rinçage de l'ébauche, de préférence par immersion dans une eau désionisée et/ou par mise en circulation d'une eau désionisée dans les interstices (12) de l'ensemble intermédiaire, de préférence l'eau désionisée étant à une température comprise entre 10 et 30 °C, de préférence la sous-étape b 2 ) durant entre 5 et 30 min, de préférence l'étape b) comprenant une sous-étape b 3 ), ultérieure à la sous-étape b 2 ), de séchage de l'ébauche, de préférence l'ébauche étant suspendue, de préférence l'ébauche étant mise en rotation sur elle-même à intervalle régulier, de préférence la sous-étape b 3 ) durant au moins 1 h.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendication précédentes, l'étape b) étant suivie d'une étape c) d'usinage mécanique des surfaces externes (19) de l'ébauche.
15. Pièce ferromagnétique obtenue à partir du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, les arrêtes de la paroi (3) de la pièce étant arrondies.

Description

Domaine technique La présente invention concerne le domaine de fabrication de pièces ferromagnétiques, notamment de pièces ferromagnétiques utilisées dans les machines électriques, par exemple de rotors ou de stators. En particulier, la présente invention a trait à la fabrication additive de pièces ferromagnétiques. Technique antérieure Dans de nombreuses applications mettant en œuvre des pièces ferromagnétiques, il est nécessaire de réduire au maximum les courants de Foucault générés par la présence d'un flux magnétique alternatif circulant dans lesdites pièces ferromagnétiques. En effet, ces courants de Foucault sont à l'origine de pertes magnétiques importantes, en particulier lorsque les pièces ferromagnétiques sont des rotors de moteurs électriques fonctionnant à hautes fréquences de rotation. C'est pourquoi il est usuel de fabriquer des pièces ferromagnétiques sous forme d'empilement de tôles laminées isolées les unes des autres. De telles pièces ferromagnétiques présentent ainsi des alternances entre des zones ferromagnétiques et des zones électriquement isolantes. Cependant, les procédés de fabrication de telles pièces ferromagnétiques sont limités quant aux formes des pièces ferromagnétiques qu'ils peuvent produire, ils ne sont notamment pas aptes à fabriquer des pièces ferromagnétiques adaptées pour applications à flux magnétique axial. Il peut donc être préférable d'utiliser des procédés de fabrication additive pour obtenir des pièces ferromagnétiques complexes, mais ces procédés ne sont pas encore adaptés pour la fabrication de pièces ferromagnétiques sous forme d'empilement de couches ferromagnétiques alternées avec des couches électriquement isolantes. Afin de réduire les courants de Foucault dans les pièces ferromagnétiques obtenues par fabrication additive, il est connu de fabriquer des pièces ferromagnétiques sous la forme de parois minces séparées par des zones d'air isolantes. Par exemple, le brevet US 11,155,903 B2 décrit un procédé de fabrication additive d'une pièce ferromagnétique comprenant une paroi fine continue. Le brevet US 11,682,932 A2 décrit un procédé de fabrication additive d'une pièce ferromagnétique comprenant des poches d'air espacées les unes des autres afin de réduire les courants de Foucault. L'article de Alexander D. Goodall et al. : « Loss performance of an additively manufactured axial flux machine stator with an eddy-current limiting structure », Materials Today Communications, Volume 35, 2023, 105978, décrit une pièce ferromagnétique formant un stator obtenue par fabrication additive et comprenant des zones d'air isolantes. L'article de C. Klein et al. : « Magnetic Performance of Eddy Current Suppressing Structures in Additive Manufacturing », Actuators 2024, 13(3), 94, simule des pièces ferromagnétiques sous la forme d'une paroi continue suivant le motif formé par une courbe de remplissage de l'espace. Bien que de telles pièces ferromagnétiques soient théoriquement performantes car elles réduisent les pertes générées par les courants de Foucault, elles sont difficiles à obtenir par fabrication additive. En effet, lesdites pièces ferromagnétiques présentent des parties en surplomb qui peuvent se déformer voire s'effondrer durant leur fabrication additive. La demande de brevet EP 3 654 501 A1 décrit un procédé de fabrication additive d'une pièce ferromagnétique comprenant un empilement de strates séparées les unes des autres par des zones d'air isolantes, les strates étant supportées les unes aux autres par des supports agencés dans les zones d'air. Toutefois, les supports entre les strates forment des connections électriques entre lesdites strates qui permettent le passage des courants de Foucault et donc ne permettent pas une réduction satisfaisante des pertes engendrées par ces courants de Foucault. Il existe donc un besoin pour un procédé de fabrication additive adapté pour fabriquer facilement des pièces ferromagnétiques présentant de faibles pertes générées par courants de Foucault. Le but de l'invention est de répondre, au moins en partie, à ce(s) besoin(s). Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce ferromagnétique, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) fabrication additive d'un ensemble intermédiaire en un matériau ferromagnétique comprenant une ébauche de la pièce ferromagnétique et au moins un support, l'ébauche comprenant au moins une partie en surplomb supportée par au moins un support,b) élimination de chaque support par dissolution chimique. Par « une partie en surplomb », on entend ici et dans le cadre de l'invention une partie présentant une surface inférieure formant avec la direction de la force gravitationnelle un angle compris entre 45 et 90°, lors de la fabrication additive. A contrario, « une partie en aplomb » est une partie qui n'est pas en surplomb, c'est-à-dire qui est exempte de surface inférieure formant avec la direction de la force gravitationnelle un angle com