Etude de l’influence du procédé de fabrication additive de ferrite sur les propriétés mécaniques et magnétiques

Les méthodes traditionnelles de fabrication de pièces en céramique incluent des procédés coûteux tels que le coulage en barbotine, le pressage ou le moulage par injection ; ils nécessitent un équipement et une expertise spécifiques. Lorsque de petites quantités de pièces, ou des prototypes, en céramique avec des propriétés spécifiques sont nécessaires, les fabricants sont quand même contraints d’investir de façon coûteuse. De plus, les procédés de fabrication traditionnels restreignent la liberté de conception et rendent difficile la réalisation de canaux internes, de surplombs ou de structures en treillis par exemples. L’impression 3D ouvre de nouvelles perspectives d'innovation dans le domaine des céramiques techniques en proposant des machines à faible coût et en ouvrant le champ des possibilités sur la conception de pièces complexes impossibles à obtenir avec les méthodes de moulage.
C’est dans ce contexte que s’inscrit le sujet de thèse, sur un matériau céramique d’intérêt pour le CEA : le ferrite (Ni-ZnFe2O4). Le CEA maîtrise la fabrication de ce matériau par méthodes traditionnelles de pressage de poudre suivi d’un frittage mais souhaite pouvoir élargir ses compétences en réalisant des pièces de géométries plus complexes avec un temps réduit entre l’étape de conception et la fabrication d’un premier prototype.
Le travail consistera à optimiser la microstructure du ferrite mis en œuvre avec la technologie d’impression 3D fil fondu (FDM, Fused Deposition Modeling) puis à mesurer les propriétés mécaniques et magnétiques, ainsi que les effets magnéto-élastiques. Une analyse pour corréler la relation microstructure / propriétés du matériau sera menée. Les résultats obtenus seront comparés avec le matériau développé de façon traditionnelle. Cela permettra de mettre en avant l’influence du procédé de fabrication sur les propriétés. Enfin, une pièce de géométrie complexe sera développée dans l’objectif d’appréhender les difficultés liées au changement d’échelle. Cette étape s’accompagnera d’une première évaluation de la robustesse du procédé.

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