Le rôle important de la fabrication additive dans l’aéronautique

Les pièces aéronautiques sont extraordinairement complexes à fabriquer et doivent être structurellement solides pour répondre aux normes d’assurance qualité les plus élevées. Pour créer un aéronef sûr et fonctionnel, les constructeurs doivent assurer des fuselages robustes, une redondance pour les systèmes de vol critiques, une propulsion fiable, etc. Le prototypage est essentiel dans la fabrication de structures d’aéronefs, et une manipulation pratique est cruciale pour évaluer la fonction, la forme et l’ajustement de l’assemblage. Dans cet article, nous explorerons le rôle de la fabrication additive dans l’aéronautique et son potentiel d’innovation.

Qu’est-ce que la fabrication additive ?

De nombreux fabricants de l’aéronautique s’éloignent de plus en plus des processus de fabrication traditionnels pour se tourner vers la fabrication additive et l’impression 3D pour réduire les coûts et surmonter les défis de fabrication conventionnels. La fabrication additive est un procédé de fabrication unique dans lequel du matériau est ajouté à la structure d’un objet 3D, une couche à la fois. Le processus est basé sur l’impression de données CAO ou d’un modèle numérique 3D. La fabrication additive est différente de la fabrication traditionnelle ou soustractive, dans laquelle le matériau est placé dans un moule pour durcir. Une fois que le matériau refroidit ou sèche, il est retiré du moule et tout excès de matériau est retiré pour créer le produit final.

Ci-dessous une comparaison générale des étapes d’un processus de fabrication traditionnel avec celles de la fabrication additive qui comporte moins d’étapes de fabrication.

Le processus plus détaillé de la fabrication additive

La fabrication additive est-elle la même chose que l’impression 3D ?

La fabrication additive est pareille à l’impression 3D et implique la création et l’impression de pièces ou de prototypes tridimensionnels. Les objets sont créés en déposant des couches de matériaux en fonction des données d’un logiciel de CAO qui dictent la quantité de matériau déposé et l’endroit où il est déposé. Cependant, la « fabrication additive » est principalement associée aux applications industrielles et commerciales, tandis que « l’impression 3D » est généralement associée aux applications de grand public et récréatives.

La fabrication additive permet l’évaluation de paramètres plus complexes, notamment les dimensions, l’ergonomie et la précision des pièces et des prototypes. Cela la rend idéale pour les secteurs qui mettent l’accent sur la qualité et les délais dans les processus de production, tels que l’industrie aéronautique.

La fabrication additive prend également en charge des niveaux élevés d’efficacité, de fiabilité et de précision avec une possibilité de modifications pendant les phases de conception et de vérification du prototype. On peut fabriquer avec divers matériaux, y compris les métaux, ce qui permet aux fabricants aéronautiques de s’attaquer à des projets plus complexes avec différentes technologies telles que la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM), la fusion sur lit de poudre (PBF) et le jet de matériau (MJ). Cela offre des possibilités infinies de créativité, et la polyvalence des machines facilite la réalisation de pièces et de matériaux personnalisés avec des structures géométriques complexes.

Comment l’industrie aéronautique utilise-t-elle la fabrication additive ?

L’industrie aérospatiale a été l’une des premières à adopter commercialement la fabrication additive et l’impression 3D. En effet, de nombreux fournisseurs, fabricants d’équipements d’origine et agences gouvernementales ont adopté l’impression 3D depuis des décennies, et les dernières générations d’avions commerciaux fonctionnent avec 1000+ pièces imprimées en 3D.

Voici quelques applications clés de la fabrication additive dans l’aéronautique.

1. Outillage

Les compagnies aéronautiques fabriquent des composants à faible volume à l’aide de pièces composites. Ce processus nécessite des outils de superposition, des tiges, des mandrins et des guides de perçage. Les fabricants investissent généralement plusieurs mois et des milliers de dollars lorsque ces composants sont usinés CNC. Et lorsque des changements se produisent plus tard, les coûts augmentent considérablement et les retards s’accumulent.

Grâce à la fabrication additive, l’outillage composite est simplifié. Les outils de superposition coûtent beaucoup moins cher et sont prêts à l’emploi en aussi peu que 24 heures, ce qui signifie que les modifications ne sont plus un problème important. La fabrication additive s’adapte également aux composites aérospatiaux creux, éliminant les gabarits d’outillage et l’outillage de coque en deux pièces. En passant des méthodes traditionnelles à l’outillage composite avec la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM), les fabricants peuvent considérablement améliorer leur efficacité et minimiser leurs coûts.

Au lieu d’utiliser des outils usinés pour former des tôles d’aluminium pour les éléments structurels, les avionneurs utilisent maintenant des outils en polycarbonate qui peuvent résister à des pressions d’hydroformage de l’ordre de 3 000 à 6 000 psi lors du formage de pièces structurelles. Vous pouvez programmer une pièce FDM en quelques minutes au lieu de plusieurs heures pour écrire un programme CNC.

2. Prototypage

La fabrication additive dans l’aéronautique élimine le besoin de concevoir des moules et d’externaliser la production. Cela permet aux ingénieurs aéronautiques de concevoir et d’imprimer des prototypes de produits en une fraction du temps qu’il faudrait avec les méthodes de fabrication traditionnelles. Cela permet également de créer et de tester des prototypes plus rapidement, ce qui accélère la mise en marché et améliore la compétitivité. Le prototypage est particulièrement utile pour les géométries complexes qui sont coûteuses et longues à créer sur une machine CNC.

3. Production

Les technologies d’impression 3D modernes produisent des pièces finales durables et stables en contournant complètement la chaîne de production. La fabrication additive utilise une gamme de matériaux, tels que les thermoplastiques haute performance, pour générer des pièces aux propriétés chimiques, mécaniques et thermiques prévisibles.

Comme la production à faible volume est un segment de marché qui n’a pas été bien couvert, les coûts de production peuvent rapidement monter en flèche. Il est alors souvent plus logique pour les entreprises aéronautiques de faire les choses à l’interne. Avec la fabrication additive, les fabricants peuvent imprimer divers composants tels que des conduits d’air directement à partir de leurs imprimantes 3D et les utiliser comme pièce finie sur l’avion.

Top 5 des avantages de la fabrication additive en aéronautique

La fabrication additive offre de nombreux avantages à l’industrie aéronautique, notamment :

1. Prototypage rapide et efficace

En éliminant le besoin de concevoir des moules et d’externaliser la production de pièces, les ingénieurs aéronautiques peuvent rapidement et efficacement concevoir et imprimer des prototypes en une fraction du temps qu’il faudrait avec les méthodes de fabrication traditionnelles.

2. Conception de pièces complexes

Divers composants aéronautiques, tels que les pièces d’hélicoptères et les moteurs à turbine, nécessitent des structures géométriques très complexes dans des espaces restreints. Au lieu de créer de petites pièces complexes séparément et de les combiner ultérieurement, les ingénieurs concepteurs peuvent créer des modèles 3D de l’ensemble de la structure à l’aide de l’impression de données CAO. L’imprimante 3D peut alors créer une seule pièce avec toutes les géométries complexes et les dimensions internes complexes, sans assemblage requis.

3. Fabrication de pièces légères et plus résistantes

L’un des coûts les plus élevés de l’industrie aéronautique est le carburant. La meilleure façon de minimiser la consommation de carburant est de réduire le poids total de l’aéronef en utilisant des pièces plus légères. La fabrication additive permet aux ingénieurs aéronautiques de créer des pièces légères sans sacrifier l’intégrité structurelle.

Avec la fabrication additive et l’impression 3D, les ingénieurs-concepteurs peuvent créer des pièces entières avec des centres creux et des composants intérieurs, éliminant ainsi les articulations faibles et vulnérables. La fabrication additive exploite également très bien les matériaux composites, ce qui rend la pièce finale exceptionnellement solide dans la direction requise.

4. Réduction des coûts de développement de produits

La fabrication additive réduit le temps de création des prototypes et peut également réduire le coût global de développement du produit. Le processus de fabrication est généralement rapide et efficace, ce qui permet aux fabricants aéronautiques de créer des composants en interne en une fraction du temps et du coût qu’il faudrait avec une ligne de production standard. Cela réduit également la nécessité d’avoir plusieurs pièces sous la main ou de maintenir de vastes installations d’entreposage. Bien que les coûts initiaux associés à la fabrication additive soient considérablement élevés, les économies de coûts à long terme l’emportent largement sur ces dépenses préliminaires.

5. Réduction des déchets

Contrairement à la fabrication conventionnelle, où les déchets de matériaux peuvent atteindre 98 %, la fabrication additive minimise les déchets de matériaux. Le matériau est ajouté et non soustrait, ce qui réduit considérablement le gaspillage et permet d’économiser de l’argent sur les coûts de production. L’industrie aéronautique a également une chaîne d’approvisionnement notoirement longue. La fabrication additive élimine le besoin d’entreposer de grandes quantités de composants dans les entrepôts, ce qui constitue une autre préoccupation de coût et de logistique qui entraîne un gaspillage important.

La fabrication additive dans l’aéronautique : passé, présent et futur

Les premières pièces d’aéronef imprimées en 3D étaient dans un avion d’essai Airbus en 2014. Un minuscule support en titane a été utilisé dans le cadre du mât pour fixer le moteur. Depuis, la fabrication additive a rapidement gagné en popularité. C’est un excellent moyen de maximiser la production, de réduire les coûts et de raccourcir les délais de mise sur le marché.

Aujourd’hui, l’impression 3D est fréquemment utilisée dans l’industrie aéronautique pour la conception d’outillage et la fabrication de pièces. En voici quelques exemples :

• Outillage pour la fabrication de bords d’ailes et de volets
• Outillage pour la fabrication de stabilisateur horizontal d’avion à réaction
• Outillage pour composants de fuselage
• Composants intérieurs d’aéronefs
• Composants et pièces de moteur
• Supports d’aile d’avion
• Buses de carburant de moteur
• Pièces de boîte à engrenage
• Arbre de verrouillage pour portes d’avion
• etc.

Comme la demande d’avions commerciaux augmente, l’impression 3D peut aider les fabricants disposant d’un nombre intimidant de commandes à minimiser leur temps de production. La fabrication additive simplifie le processus de production des composants intérieurs de la cabine, des composants de fuselage, des pièces de moteur et de turbine et des pièces ayant des propriétés aérodynamiques définies en un temps plus court et à moindre coût.

La fabrication sur demande permet également une personnalisation et une consolidation faciles des pièces, ce qui permet aux fabricants aéronautiques de raccourcir considérablement leur délai de mise sur le marché.

La fabrication additive joue un rôle de plus en plus important dans l’avenir de la construction aéronautique, du prototypage et de la réparation, à la recherche et au développement, et à la production de pièces. Les progrès de la technologie et des matériaux permettent d’imprimer des pièces plus grandes et plus solides, ce qui favorise l’adoption de l’impression 3D pour la production d’avions. À mesure que la technologie évolue, la fabrication additive continue de transformer l’ensemble de l’industrie aéronautique.

Conclusion

La fabrication additive dans l’aéronautique permet la création de pièces aéronautiques personnalisées, légères et structurellement solides, rapidement, efficacement et à moindre coût. Il n’est pas étonnant que de nombreuses entreprises se tournent vers la fabrication additive pour des applications aéronautiques, telles que l’outillage, le prototypage et la production.

La fabrication additive et l’impression 3D continueront de transformer l’industrie aéronautique de nombreuses façons, grâce à ses nombreux avantages, tels que la réduction du poids, des pièces plus solides, le prototypage rapide et efficace, la conception de pièces complexes et la réduction des coûts de développement de produits. Alors que de plus en plus d’entreprises aéronautiques passent de la fabrication conventionnelle aux processus de fabrication additive, l’accent sera davantage mis sur la capacité d’imprimer des modèles CAO.

Avior est fier d’utiliser les dernières technologies pour un outillage sûr et efficace et le développement de prototypes à faible coût. Nous nous spécialisons dans le développement de pièces d’aéronefs en composites et de structures légères. Vous avez des questions sur nos services de développement et de conception de produits ? N’hésitez pas à contacter notre équipe d’ingénieurs aéronautiques qualifiés pour répondre à vos besoins. Ils répondront à toutes vos questions et trouveront une solution qui répondra à vos besoins uniques.