La fabrication additive d'aimants permanents pour les moteurs électriques

Le 24 janvier 2018— Boucherville (Québec)

Les chercheurs du CNRC Jean-Michel Lamarre et Fabrice Bernier démontrent un produit fabriqué à l'aide de leur nouvelle technologie pour la fabrication d'aimants.

Préparation d’une pièce prototype pour un moteur électrique dans les installations de projection à froid CNRC.

Est-ce possible de fabriquer sans assemblage des aimants ultraperformants de n'importe quelle forme sur une grande variété de pièces ? Oui, c'est réalisable, grâce à la technique de fabrication additive par projection à froid du Conseil national de recherches du Canada (CNRC). Recourant à une approche avant-gardiste pour créer des aimants permanents, les chercheurs Fabrice Bernier et Jean-Michel Lamarre ont mis au point un nouveau procédé pour la fabrication de moteurs électriques. À l'heure actuelle, on fabrique le plus souvent les aimants de haute performance de ces moteurs au moyen de diverses techniques comme le compactage des poudres (aimants frittés) ou le moulage par injection (aimants liés). Les aimants doivent cependant être formés puis assemblés pour donner le produit final. La technique de projection à froid du CNRC remplace ces étapes par une seule étape de fabrication. Non seulement permet-elle une diminution appréciable des coûts, mais, sur le plan de la conception, elle pave la voie à une multitude de possibilités, possibilités qui seraient autrement impensables avec les méthodes de fabrication classiques.

La fabrication additive par projection à froid implique la projection à très haute vitesse d'une fine poudre de matériau à l'aide d'un jet de gaz comprimé. La poudre percute la cible formant le matériau qui s'épaissit peu à peu, une couche à la fois. Un robot commande le procédé en effectuant des mouvements rapides et précis selon les trois dimensions, de manière à façonner une forme complexe. Comparativement aux autres techniques de fabrication additive, la projection à froid se caractérise par un taux de dépôt très élevé, si bien que l'on obtient plusieurs kilos d'aimants à l'heure.

Autre avantage, les aimants issus de la technique de projection à froid du Conseil national de recherches possèdent d'excellentes propriétés mécaniques et thermiques. La vitesse élevée à laquelle le matériau se dépose et l'absence de polymère dans la matrice servant de support confèrent à l'aimant des propriétés mécaniques intrinsèques qui surpassent nettement celles des aimants usuels. Le matériau magnétique adhère à la surface de la pièce de façon exceptionnelle, car il n'y a ni colle ni assemblage. Les aimants résultant de la fabrication additive par projection à froid sont plus faciles à usiner que les aimants frittés, plus fragiles. La technologie du CNRC mène aussi à des aimants d'une plus grande conductivité thermique, ce qui assure un meilleur contrôle de la température. Enfin, la résistance à la corrosion et à l'oxydation de ces aimants en prolonge la vie utile.

Le CNRC a déjà construit et testé avec succès des prototypes recourant à ce nouveau et robuste matériau magnétique. À présent, les chercheurs du CNRC tentent concevoir de meilleurs moteurs en recourant à la fabrication additive par projection à froid. Pour compléter l'éventail de ressources existantes, ils multiplient leurs efforts en vue de créer des matériaux magnétiques doux. Selon Fabrice Bernier, « cette technologie nous permettra de bâtir des moteurs plus compacts et plus performants pour les voitures de demain. Des moteurs entiers pourraient être fabriqués par projection à froid, ce qui présenterait des avantages marqués, notamment des coûts moins élevés, une meilleure maîtrise de la chaleur ainsi que des moteurs à la géométrie et aux fonctions plus complexes. »

Puisque les véhicules de la prochaine génération doivent absolument émettre moins de CO2, le CNRC concentre, dans une large mesure, ses travaux de développement sur les moteurs électriques. Toutefois, d'autres industries pourraient elles aussi profiter de cette nouvelle technologie. Parmi les grandes applications en développement, mentionnons la réfrigération par magnétisme, les éoliennes et les appareils de télécommunication.

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