Le laser à impulsions ultra-courtes constitue un procédé innovant et très avantageux pour la découpe de céramiques piézoélectriques PZT. Grâce à un fort confinement spatiotemporel de l’énergie au cours de l’interaction, ce système minimise les dégâts collatéraux et préserve l’intégrité physique du matériau sur des échelles micrométriques. Néanmoins, une propagation de faisceau mal maîtrisée, associée à des mécanismes d’interaction complexes fonction de la cible irradiée, peuvent impliquer de fortes disparités sur la qualité d’usinage. Dans le cadre d’une application industrielle donnée, ces travaux nous ont donc permis d’approfondir les principales étapes d’optimisation d’un tel procédé selon des critères de reproductibilité, de qualité et de rapidité. Pour cela, nous avons tout d’abord souligné l’influence des propriétés gaussiennes des faisceaux et de leur perturbation afin de définir la distribution énergétique au niveau des plans de focalisation. Aussi, la quantification de l’interaction via les critères de seuil et de taux d’ablation, d’incubation et de saturation a contribué à comprendre la réaction du matériau de manière macroscopique. Les problèmes méthodologiques inhérents à leurs calculs ont été mis en évidence et ont permis par la suite d’anticiper les formes d’usinage ainsi que les temps de procédé. Dans un second temps, l’optimisation des paramètres laser s’est appuyée sur des caractérisations aussi bien qualitatives pour l’aspect visuel que quantitatives avec l’estimation de la stoechiométrie et des contraintes résiduelles au niveau des flancs d’usinage. Nous avons en outre tiré profit de la piézoélectricité afin de développer une méthode d’observation in situ de la réponse à l’onde de choc laser contribuant à la compréhension des fissurations apparentes. Nous proposons au terme de ce travail un jeu de paramètres optimal pour la découpe de PZT assurant une bonne répétabilité du procédé tout en minimisant les défauts d’usinage comme la fissuration, les dépôts de surface et les irrégularités de bords. Des essais sur la mise en forme spatio-temporelle de faisceau sont enfin abordés principalement en tant que perspective d’accélération du procédé et encouragent son utilisation pour une future industrialisation / Lasers delivering ultrashort pulses are innovative and very attractive tools for cutting piezoelectric PZT ceramics. Thanks to an efficient spatiotemporal confinement of the energy during the interaction, these systems reduce collateral damage and preserve the physical integrity of the material on a micrometric scale. Nevertheless, uncontrolled beam propagation associated with complex interaction mechanisms depending on the irradiated target can involve large disparities on machining quality. In the context of an industrial application, this study describes the main steps of optimization of such a process according to criteria of reproducibility, quality and speed. To this purpose, we first pointed out the influence of Gaussian beam properties and their disturbance to define the energy distribution at focal planes. Thus, the quantification of the interaction with the ablation threshold, the ablation rate, incubation and saturation helped to understand the reaction of the material macroscopically. Methodological issues coming from their calculations have been highlighted while machining shapes and processing times were anticipated. Secondly, the optimization of laser parameters was based on both qualitative and quantitative characterizations. Electronic microscopy was rather used for visual appreciations whereas stoichiometry and residual stress estimations were employed to quantify the quality of side walls. We also took benefit from piezoelectricity to develop an in situ observation method which succeeded in detecting the electrical response to the laser shock wave and mainly contributed to the understanding of visible cracks. We finally propose an optimum set of parameters for cutting PZT ensuring good repeatability of the process while minimizing machining defects such as cracking, surface recast and jagged sides. Tests with spatiotemporal beam shaping were finally presented primarily as perspectives of processing time decrease so as to promote its use for future industrialization

V dnešní době je kladen vysoký nárok na účinnost elektrických zařízení a to jak ze strany provozovatele, tak i legislativy. Nejlepší účinnosti dosahují synchronní motory s permanentními magnety umístěnými na povrchu rotoru (SMPM), se kterými lze i u malých motorů dosáhnout účinnosti nad 90%. Nicméně tyto motory jsou z důvodů použití magnetů ze vzácných zemin, např. NdFeB, drahé a jsou schopny provozu pouze s frekvenčním měničem. Z cenových důvodů jsou hledány levnější alternativy k SMPM motorům. Jedním z typů motorů, kterým lze SMPM nahradit je synchronní reluktanční motor s permanentními magnety (PMASR). Tento motor je cenově výhodnější, protože používá menší množství magnetů, při zachování podobných, mnohdy i lepších vlastností, nicméně neodpadá potřeba použití frekvenčního měniče. Navíc je zde možnost použití levnějších feritových magnetů a tím ještě výrazněji snížit cenu motoru. V této práci bude PMASR topologie popsána důkladněji včetně elektromagnetického návrhu metodou konečných prvků. Bude provedena i mechanická analýza zvoleného optimálního modelu. Výsledky dosažené metodou konečných prvků budou následně porovnány s analytickým modelem. Z navrženého modelu bude vyroben prototyp a naměřené výsledky budou porovnány s výpočty.

This master’s thesis has been elaborated as a part of master’s studies of engineering technology M2I-K, major in M-STM – Engineering technology and industrial management and deals with the problem of a transition to a self-production of previously purchased distance washers. Distance washers were purchased in six different types of similar shape, each type in four different thicknesses. One of these types was chosen as a representative for this master’s thesis. We shall explore the possibilities of self-production with the emphasis on economical validation of the transition. The distance washer is a flat part, the intermediate being sheet metal. Technologies considered for manufacturing the washers correspond to the technical facilities and equipment available at the production hall of the company this project is planned for. The company possesses technology for CO2 laser cutting, cutting by CNC punching machine and cutting in the punching tool. To provide a complex overview we shall also enquire into cooperated technologies such as water jet and plasma cutting, oxy-acetyleny cutting and CNC working. All options are evaluated with regard to the production expenses and lead to a most economically plausible method of manufacturing or, if need be, give reasons for going back to purchasing the part from the current supplier.