Fabrication additive de matériaux magnétiques doux par voie indirecte

Additive manufacturing of soft magnetic materials by indirect process

• Auteur / Autrice : Vincent Martin
• Direction : Frédéric Gillon, Denis Najjar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Soutenance le 28/02/2023
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP) - Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électronique de Puissance - ULR 2697 / L2EP
• Jury : Président / Présidente : Afef Kedous-Lebouc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Gillon, Denis Najjar, Stéphane Panier, Sami Hlioui, Maya Hage Hassan, Ulrich Soupremanien, Alain Bernard, Abdelkader Benabou, Michel Hecquet, Jean-François Witz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Panier, Sami Hlioui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation topologique

Matériaux magnétiques

Impression 3D

Mots clés libres

Fabrication additive

Matériaux magnétiques doux

Additive manufacturing

Soft magnetic materials

Résumé

L’utilisation des technologies de fabrication additive s’est fortement démocratisée depuis la fin des années 80 et l’apparition des premières imprimantes 3D. Grâce aux nombreux développements dont elles ont fait l’objet, ces solutions constituent désormais une réponse pertinente aux problématiques des divers secteurs de la recherche scientifique et de l’industrie. En particulier, le génie électrique peut grandement tirer profit des nouvelles opportunités offertes par l’impression 3D. Ces travaux de thèse portent sur la mise en place et l’étude d’un procédé de fabrication additive pour le génie électrique, en particulier pour l’impression de matériaux magnétiques doux utilisés lors de la réalisation de dispositifs électriques de conversion d’énergie. Un procédé indirect inspiré des technologies de moulage métal par injection est développé et deux matériaux classiques du domaine sont considérés en particulier : le fer silicium 3% et le ferrite manganèse zinc. La validation du procédé ainsi que l’étude de son impact sur les performances sont d’abord présentées. Par la suite, le développement d’un feedstock polymère chargé en poudre de ferrite est exploré pour les méthodes d’impression FFF et DLP. Enfin, la mise en place d’un processus d’optimisation topologique basé sur un modèle de réluctances maillées est réalisée. Celui-ci est appliqué au cas d’un composant magnétique passif et suivi de l’impression et de la caractérisation des géométries optimales

The use of additive manufacturing technologies has become widespread since the late 1980s and the emergence of the first 3D printers. Thanks to the numerous developments they have undergone, these solutions now provide a relevant response to the challenges faced by various sectors of scientific research and industry. In particular, electrical engineering can greatly benefit from the new opportunities offered by 3D printing. This thesis focuses on the establishment and study of an additive manufacturing process for electrical engineering, specifically for printing soft magnetic materials used in the production of energy conversion devices. An indirect process inspired by metal injection molding technologies is developed, and two common materials in the field are considered: 3% silicon steel and manganese zinc ferrite. The validation of the process and its impact on performance are initially presented. Subsequently, the development of a polymer feedstock loaded with ferrite powder is explored for Fused Filament Fabrication (FFF) and Digital Light Processing (DLP) printing methods. Finally, the implementation of a topology optimization process based on a meshed reluctances model is carried out. This process is applied to the case of a passive magnetic component, followed by the printing and characterization of the optimal geometries