- Accueil
- Institut Néel
- Équipes de recherche
- Pôles & Services techniques
- Travailler à l’institut
- Partenariats
- Actualités
- Agenda
- Annuaire
La présentation sera faite en français.
Résumé : Les aimants permanents anisotropes à base de terres rares possèdent d’excellentes propriétés magnétiques et sont de ce fait utilisés dans de nombreux dispositifs électromécaniques tels que les moteurs, actionneurs, générateurs, et même aux petites dimensions dans les microsystèmes électromécaniques.
On les retrouve sous forme frittée ou liée. Bien que les aimants liés soient moins performants que les frittés, ils ont l’avantage de pouvoir être fabriqués en très grande série par moulage par injection et peuvent être de forme complexe.
Cependant la production de petites séries, ou d’aimants à la texture magnétique complexe n’est pas actuellement envisageable. La technique de fabrication additive par dépôt de fil fondu répond à certaines de ces problématiques : contrairement au moulage, l’impression 3D est adaptée aux petites séries, permet des formes plus complexes et ne consomme que le volume de matière nécessaire. Quant à la texture, cette thèse décrit une tête d’impression basée sur une extrudeuse à piston et équipée d’un aligneur magnétique, qui a permis d’obtenir des aimants liés à base de terres rares sensiblement anisotropes. Les composites ont été formulés dans du nylon PA12 avec des poudres NdFeB de qualité industrielle, et issues du recyclage d’aimants frittés ; nous avons également employé du SmFeN déjà formulé sous forme de granulés.
L’extrudeuse à piston est alimentée par des granulés qui, contrairement aux filaments bobinés, peuvent être hautement chargés de poudre magnétique. L’aligneur magnétique est une couronne d’aimants SmCo assemblés autour de la buse ; il oriente les particules magnétiques lors de l’extrusion pour induire une anisotropie axiale du cordon et améliorer son aimantation rémanente. Il a été dimensionné à la suite d’une étude visant à déterminer la température et le champ à appliquer pour obtenir un alignement optimal dans les conditions d’extrusion. Ce dispositif produit une induction axiale de 545 mT dans la zone d’intérêt. Contrairement aux têtes d’impressions classiques, dans notre extrudeuse le composite fondu est extrudé par un piston, ce qui permet de vaincre les forces de friction qui confinent les particules magnétiques dans la buse sous l’effet des forces radiales liées au gradient de champ magnétique.
La fabrication d’aimants liés denses et de bonne qualité requiert d’optimiser les paramètres d’impression. Cependant il persiste toujours une part de porosité générée par le procédé lui-même, qui participe à diminuer l’aimantation rémanente. Quant à l’anisotropie, elle est obtenue en suivant une stratégie de construction de l’aimant lié qui consiste à déposer tous les cordons dans la même direction et dans le même sens. Lors de l’impression d’aimants anisotropes, le frottement de la buse sur la couche fraichement déposée conduit à en désaligner mécaniquement les particules en surface, contribuant ici aussi à dégrader les propriétés maximales. Le composite chargé à 63 %vol de NdFeB (MF-P15, AICHI) dans du nylon PA12 est particulièrement affecté et présente un degré d’alignement quasiment nul (µ0Mr = 0,3 T et Hc = 995 kA/m) ; tandis que le SmFeN/PA12 (61 %vol, A14, NICHIA) présente un degré d’alignement Mr/Ms de 77 % (µ0Mr = 0,5 T, Hc = 875 kA/m). Les particules de SmFeN sont très fines (d0,5 = 3 µm) par rapport à celle de NdFeB (d0,5 ~75-100 µm) et de forme sphéroïdale : une couche imprimée de 200 µm d’épaisseur contient donc beaucoup plus particules de SmFeN que de NdFeB, et les particules en surface, mécaniquement désalignées lorsque la buse les touche, représentent ainsi une moindre fraction volumique.
L’objectif à long terme du projet est d’exploiter cette stratégie de dépôt directionnel, pour imprimer des aimants liés composés de régions possédant différentes directions d’aimantation. Le prochain défi sera d’aimanter les différentes régions d’un aimant multipolaire sans impacter les régions voisines.
