Comment la fabrication additive améliore l'industrie aérospatiale

Dès les premiers jours de la fabrication additive, les fournisseurs de matériel et de matériaux d'impression 3D ont identifié l'industrie aérospatiale comme une cible importante pour leurs produits. Les aéronefs, en tant que systèmes très complexes avec un large éventail de pièces, devraient bénéficier des développements de pointe dans les outils de production et les matériaux, en particulier ceux qui peuvent réduire le poids ou augmenter la résistance des composants. Certains processus d'impression 3D prétendent faire les deux.

Malheureusement, cela ne signifie pas que l'aérospatiale a adopté la fabrication additive plus rapidement que les autres industries. En fait, étant donné que les aéronefs et leurs innombrables composants doivent - pour des raisons évidentes - subir les procédures de certification et de test les plus rigoureuses, cela peut prendre des années ou des décennies pour qu'un composant aérospatial imprimé en 3D passe du concept à la mise en œuvre. La technologie est là, mais les connaissances issues d'années d'essais et d'observations ne le sont pas. Il est donc beaucoup plus facile de mettre en œuvre la fabrication additive dans les industries à faible risque où moins de vies sont en jeu.

Mais alors que la mise en œuvre de produits aérospatiaux imprimés en 3D peut être lente, les pièces qui ont réussi ont déjà un impact majeur sur l'industrie. Qu'il s'agisse d'éléments simples tels que des parois intérieures de cabine imprimées en 3D ou de pièces absolument essentielles telles que des composants de moteur en métal fabriqués de manière additive, la FA commence sans aucun doute à décoller dans l'une des industries les plus lucratives et les plus dynamiques au monde.

Cet article décrit quelques-unes des façons dont la FA est, et sera, utilisée dans l'industrie aérospatiale.

Légèreté et optimisation de la force

La fabrication additive et la fabrication soustractive diffèrent à bien des égards, et le choix entre l'impression 3D et les alternatives traditionnelles présente souvent un dilemme. Cependant, l'une des principales différences entre les deux approches est leur capacité respective à façonner la géométrie intérieure d'une pièce.

L'impression 3D est incroyablement utile dans des industries comme l'aérospatiale, car elle permet aux ingénieurs de fabriquer des composants avec des intérieurs partiellement creux qui utilisent des motifs géométriques complexes pour maximiser leur résistance interne sans ajouter de poids. Étant donné que les imprimantes 3D construisent des pièces de « bas en haut », elles peuvent être utilisées pour créer des structures en forme de treillis dans des pièces telles que des composants de moteur en métal ou des cloisons de cabine en plastique. Il serait impossible de le faire en utilisant des procédés traditionnels comme le moulage (car le matériau liquide remplit toute la cavité) ou l'usinage (car l'outil de coupe ne peut pas atteindre l'intérieur sans pénétrer à l'extérieur).

Il est difficile d'exagérer l'importance de ces structures en treillis. Lors de la construction d'un avion, chaque gramme de poids est un obstacle à une efficacité maximale, mais l'impression 3D permet de réduire considérablement la masse d'un composant en le construisant avec un intérieur partiellement creux et structuré en treillis. Les fils tissés et nerveux du treillis peuvent être agencés de manière mathématiquement optimisée pour maximiser la résistance et réduire le stress, garantissant que la partie légère est tout aussi solide, sinon plus solide, qu'une alternative entièrement solide. Plus important encore, l'espace entre ces filetages est sans poids, ce qui signifie que la masse globale de la pièce est réduite.

Il existe de nombreux exemples d'entreprises aérospatiales utilisant l'impression 3D pour créer des pièces légères. En 2011, des chercheurs des laboratoires HRL, propriété de Boeing, ont annoncé le développement d'un métal qu'ils considéraient comme le "matériau le plus léger au monde", dont la densité de seulement 0,9 mg/cc le rendait environ 100 fois plus léger que le polystyrène. "L'astuce consiste à fabriquer un réseau de tubes creux interconnectés d'une épaisseur de paroi de 100 nm, soit 1 000 fois plus fin qu'un cheveu humain", explique Tobias Schaedler, l'un des chercheurs.

Alors que les chercheurs continuent d'explorer les possibilités des structures en treillis légères imprimées en 3D, les entreprises aérospatiales s'impliqueront de plus en plus dans la fabrication additive dans le but d'optimiser la légèreté et la résistance.

Prototypes et pièces de rechange

L'un des plus grands avantages de la fabrication additive - dans n'importe quelle industrie - est sa capacité à fabriquer des pièces à la demande et en interne. Les imprimantes 3D peuvent être installées n'importe où et peuvent fonctionner de manière largement autonome, ce qui signifie que les délais de livraison des pièces imprimées en 3D sont très courts. Pour cette raison, les entreprises aérospatiales sont en mesure de fabriquer rapidement de nouvelles itérations d'une pièce pour des tests immédiats, ce qui raccourcit finalement le processus de R&D et permet de terminer les pièces plus rapidement.

Le prototypage plus rapide est donc l'une des principales utilisations de la fabrication additive dans l'aérospatiale, et les résultats ont été prouvés :selon le géant de la fabrication additive Stratasys, l'utilisation de l'impression 3D en interne pour les prototypes aérospatiaux peut entraîner des gains de temps d'environ 43 % par rapport au moulage par injection et à l'outillage CNC et environ 75 % par rapport à la découpe laser 2D.

Un autre domaine dans lequel l'aérospatiale devrait bénéficier de la fabrication additive est la gestion des stocks. L'avion commercial moyen est composé d'environ 4 millions de composants, qui ne sont pas tous fabriqués par les mêmes fabricants. Cela signifie que les fournisseurs d'avions doivent conserver un énorme stock de pièces de rechange au cas où un avion aurait besoin d'être réparé. L'achat de ces pièces détachées a un coût important, tout comme l'acquisition de l'immobilier pour les stocker toutes.

Les imprimantes 3D peuvent fournir une solution incroyablement utile dans ce domaine. En gardant une imprimante 3D sur place, les entreprises aérospatiales peuvent, au lieu de remplir des entrepôts géants avec des millions de pièces de rechange coûteuses, simplement conserver une bibliothèque numérique de pièces de rechange dans un format imprimable tel que STL. De cette façon, les entreprises ne peuvent imprimer les pièces en 3D qu'en cas de besoin. Cette tactique consistant à utiliser des bibliothèques numériques de pièces de rechange est progressivement adoptée dans de nombreux secteurs et prendra des décennies pour être mise en œuvre à grande échelle, mais l'aérospatiale pourrait en être l'un des principaux bénéficiaires.

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