Usinage CNC : Transformation de la production militaire et de défense

En tant que source majeure de revenus manufacturiers, les industries de la défense et militaires s'appuient sur des technologies flexibles, rentables et fiables. Avec des dépenses de défense mondiales prévues pour croître à un TCAC d'environ 3% sur 2019-2023, atteignant 2,1 billions USD d'ici 2023, elles investissent massivement dans des solutions d'usinage modernes across leurs différents workflows.

Les exigences générales des équipements militaires varient immensément, mais quelques points s'appliquent universellement. En général, le matériel militaire doit être robuste, rigide et performant en terrains hostiles. Beaucoup de gros équipements sont métalliques et nécessitent des pièces métalliques, mais il y a aussi une place pour les fournitures médicales (qui doivent être approuvées par les autorités militaires, la FDA ou les réglementations gouvernementales selon les régions).

Comme les applications de défense chevauchent d'autres industries comme les communications, le médical et l'aérospatial, elles utilisent souvent toutes les installations d'usinage spécifiques à ces secteurs. Les machines doivent souvent être grandes et capables de traiter des alliages et métaux durs et durables.

Voici quelques façons dont l'industrie de la défense implémente les machines CNC et ce qu'elles apportent d'unique :

Applications aérospatiales

L'un des principaux utilisateurs des technologies de fabrication CNC est Lockheed Martin. Non seulement c'est sans doute le plus grand nom de la fabrication de défense, mais c'est aussi la troisième plus grande entreprise aérospatiale mondiale, derrière Boeing et Airbus. Cependant, l'entreprise a des besoins légèrement différents des deux autres avec un focus beaucoup plus marqué sur la défense. C'est là qu'interviennent les technologies d'usinage de précision, apportant précision majeure des pièces, fiabilité du processus et économies de coûts.

Si les machines CNC sont utilisées dans les applications militaires depuis leur création, les fraiseuses et perceuses modernes offrent quelque chose d'unique que la plupart des autres technologies ne peuvent égaler. La précision seule permet des applications militaires bien plus novatrices. Les peaux composites du F-35, par exemple, sont fraisées et percées à des tolérances si serrées que la surface assemblée de l'avion évite les désalignements qui apparaîtraient sur un radar.

Pour le F-35, les fabricants utilisent une fraiseuse 5 axes à portique aérien, fournissant une puissance ample pour leurs opérations d'usinage de précision sur les peaux composites de l'avion. Elle gère aussi des pièces complexes en plastique renforcé de fibre de carbone ainsi que les fixations sous vide en aluminium qui maintiennent la pièce pendant la fabrication. Une seule machine perce de nombreux types de pièces pour toutes les sections de l'avion et pour le processus de fabrication lui-même.

De même, Northrop Grumman est un autre contractant aérospatial de défense qui trouve dans les machines CNC le meilleur moyen d'atteindre ses objectifs. Ils ont un partenariat de longue date avec le conglomérat Siemens pour utiliser leurs systèmes et ont investi massivement dans le développement de nouvelles technologies. Les recherches de Northrop Grumman indiquent que les principales catégories qu'une machine CNC doit remplir (pour applications de défense) sont : conception robuste de la machine, répétabilité de la machine-outil, réactivité de la machine-outil, stabilité thermique environnementale et fondation de machine stable.

L'usine de Northrop Grumman à Hawthorne utilise deux fraiseuses verticales CNC Cincinnati 5 axes à portique double avec bridage CNC ajustable pour contourner les coûts de construction et de mise en place pour l'outillage dur. Trois lits ajustables de nouveaux dispositifs de maintien universels POGO (UHF) réduisent les temps de mise en place d'environ deux tiers sur les opérations de rognage et perçage sur plus de 100 pièces de peau de fuselage différentes. Ces systèmes sont cruciaux pour accélérer leurs opérations et fonctionnent aux côtés des machines à commande numérique de leur arsenal.

General Atomics a aussi été un fervent partisan de l'usinage CNC (entre autres technologies) dans leur développement aéronautique. Leur travail sur le drone Predator en est un excellent exemple. C'est un avion tout-composite, stratifié à la main dans l'une de leurs installations au sud de Rancho Bernardo, Californie, utilisant principalement des préimprégnés carbone/époxy, et cuit en autoclave. Les matériaux préimprégnés sont coupés sur une machine de découpe et kitting informatisée, et la découpe des noyaux est réalisée sur une machine de découpe CNC 5 axes.

Développement d'armement

Des machines CNC 4 axes étaient utilisées pour développer les missiles Tomahawk dès la guerre du Golfe. Cette tendance s'est seulement approfondie avec l'avancée technologique, introduisant des machines multi-axes avec grands espaces de travail et volumes capables de créer la peau d'un missile en un seul flux. Outre la précision, de tels systèmes requièrent beaucoup de couple pour usiner des matériaux plus durs. Il va de soi que des missiles comme le Tomahawk nécessitent des systèmes lourds et robustes capables de travailler avec des matériaux puissants, ces armes devant souvent résister au transport maritime et même aux conditions sous-marines.

Pour les développer, Raytheon utilise un robot FANUC 6 axes. Cela permet à un seul département de fabriquer l'intégralité du missile de croisière de 20 pieds (6 mètres) de manière autonome, le robot effectuant la majeure partie du travail lourd. Comme on l'imagine, c'est une tâche dangereuse, donc réduire au minimum la main-d'œuvre manuelle est un avantage majeur. L'assemblage robotisé n'est donc pas seulement moins cher, plus rapide et plus précis, mais aussi activement plus sûr.

De petits composants pour missiles et véhicules sont constamment développés grâce aux technologies d'usinage multi-axes. Composants d'hélicoptères comme les platines cycliques rotatives et fixes, moyeux de rotor principal et de queue, et manchons de rotor principal sont tous développés avec des machines CNC chez Sikorsky, par exemple.

Même des véhicules comme le Hummer H2 utilisent de multiples composants usinés. Un bon exemple est la calandre avant, en aluminium et aciers à haute tolérance. Ces pièces sont bien plus rapides à fabriquer et assembler grâce aux avantages uniques de l'usinage CNC.

Systèmes de détection et technologie radar

Les systèmes de détection et dispositifs de communication sont toujours nécessaires pour les installations de défense et militaires. Fournir et maintenir ces systèmes a toujours relevé des dernières technologies de fabrication. C'est un autre domaine où l'usinage CNC excelle comme rempart pour les besoins opérationnels militaires.

Le développement de radomes et d'antennes radar nécessite des formes laborieuses uniques et des finitions fines. C'est nécessaire pour capter des signaux très faibles, requis pour les systèmes de détection d'armes. Cela signifie souvent que les composants usinés CNC doivent être lisses et précisément courbés dans tous les bons sens.

Même au-delà de ces systèmes de détection, leurs boîtiers sont aussi usinés et fraisés. Une haute endurance devient particulièrement nécessaire car ils font souvent partie de véhicules militaires qui iront à grande vitesse ou devront résister à un grand degré d'usure. Les radars peuvent consistes en multiples métaux et alliages, donc toute machine CNC les traitant doit apporter une bonne dose de polyvalence.