Premium AEROTEC démontre une conception métallique hybride CFRP-AM pour les futures structures d'avions légers

Les structures d'avions d'aujourd'hui se composent de nombreux matériaux différents. Par exemple, le fuselage et la structure des ailes de l'Airbus A350XWB sont principalement constitués de composites avec quelques pièces métalliques. Ici, les pièces sont assemblées, selon la conception hybride classique, avec des boulons et des rivets. Cette conception entraîne un temps d'assemblage, des efforts et un coût élevés. De plus, le nombre élevé de fixations dans cette conception hybride classique introduit un poids inutile, ainsi que des concentrations de contraintes aux points d'introduction de la charge.

Dans le projet TOAST, Premium AEROTEC (Augsbourg, Allemagne), un fournisseur de niveau 1 de structures de fuselage pour l'A350, a présenté de toutes nouvelles méthodes d'assemblage des composites et des métaux. De cette façon, les inconvénients de la conception hybride classique avec boulons et rivets peuvent être éliminés. Premium AEROTEC a développé et fabriqué, en moins de cinq mois, un démonstrateur de structure de type aérofrein d'avion, utilisant une conception hybride moderne. Il comprenait un raccord d'introduction de charge en titane fabriqué avec la fabrication additive (AM) et une plaque composite thermoplastique en polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP), assemblées à l'aide d'un surmoulage composite thermoplastique.

L'innovation de ce démonstrateur est la connexion des différents matériaux sans boulons ni fixations. Cela n'a été rendu possible que par l'utilisation de la fabrication additive et du surmoulage thermoplastique. Le raccord en titane a été conçu avec des broches sur sa face inférieure et des nervures conçues avec des structures gyroïdes, toutes deux facilement produites avec AM. La pièce en titane AM et une plaque composite thermoplastique ont ensuite été placées dans un moule de thermoformage. Les deux composants ont été pressés ensemble dans un processus de thermoformage avec une étape de moulage par injection immédiatement après. Au cours de cette étape, les nervures composites thermoplastiques en forme de V ont été surmoulées et pressées dans les nervures gyroïdes en forme d'éponge du raccord en titane.

Les joints de ce démonstrateur hybride ont été réalisés soit par liaison matière (CFRP – CFRP) soit par fermeture de forme (titane AM – CFRP). En parallèle, des essais structurels pour la détermination des propriétés mécaniques des joints ont été réalisés. Ces tests ont montré que les capacités de transfert de charge étaient similaires à celles des rivets et des boulons.

Les avantages de cette conception hybride moderne, par rapport à la conception classique utilisant des attaches mécaniques, incluent une fabrication et un assemblage rapides sans attaches, moins de pièces sont nécessaires et les étapes du processus d'assemblage sont plus courtes et automatisées. De plus, l'efficacité des libertés de conception exploitées en utilisant la FA et le moulage par injection conduit à des réductions de poids. Cette technologie peut être appliquée partout où des charges doivent être transférées entre des points et des surfaces.

Premium AEROTEC est le premier fabricant de composants au monde à fournir des composants imprimés en 3D en alliages de titane pour la production d'avions en série. Premium AEROTEC est un acteur mondial de l'industrie aéronautique et a réalisé un chiffre d'affaires de 2 milliards d'euros en 2018. Son cœur de métier est la conception et la construction de structures aéronautiques en matériaux composites métalliques et fibre de carbone. L'entreprise possède des sites à Augsbourg, Brême, Hambourg, Nordenham et Varel en Allemagne ainsi qu'à Braşov en Roumanie. Premium AEROTEC emploie environ 10 000 personnes dans le monde.