AEROTEC dévoile un design hybride avancé CFRP-FA pour structures d'avions légères

Les structures d'avions d'aujourd'hui consistent en de nombreux matériaux différents. Par exemple, la structure de fuselage et d'aile de l'Airbus A350XWB est construite principalement en composites avec quelques pièces métalliques. Ici, les pièces sont assemblées, selon le design hybride classique, avec des boulons et rivets. Ce design mène à un temps d'assemblage, effort et coût élevés. De plus, le grand nombre de fixations dans ce design hybride classique introduit du poids inutile, ainsi que des concentrations de contraintes aux points d'introduction de charge.

Dans le projet TOAST, Premium AEROTEC (Augsbourg, Allemagne), un fournisseur de rang 1 de structures de fuselage pour l'A350, a présenté des méthodes complètement nouvelles d'assemblage de composites et métaux. De cette façon, les inconvénients du design hybride classique avec boulons et rivets peuvent être éliminés. Premium AEROTEC a développé et fabriqué, en moins de cinq mois, un démonstrateur pour une structure de type frein aérien, utilisant un design hybride moderne. Il comprenait un raccord d'introduction de charge en titane fait par fabrication additive (FA) et une plaque en polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC) thermoplastique, assemblés par 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. La pièce en titane FA était conçue avec des goupilles sur sa face inférieure et des nervures conçues avec des structures gyroïdes, toutes deux facilement produites par FA. La pièce en titane FA 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. Pendant cette étape, les nervures composites thermoplastiques en V ont été surmoulées et pressées dans les nervures gyroïdes en éponge de la pièce en titane FA.

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

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

Premium AEROTEC est le premier fabricant de composants au monde à fournir des composants imprimés 3D en alliages de titane pour la production aéronautique en série. Premium AEROTEC est un acteur mondial dans 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 d'avions en matériaux métalliques et composites fibre de carbone. L'entreprise a des sites à Augsbourg, Brême, Hambourg, Nordenham et Varel en Allemagne ainsi que Brașov en Roumanie. Premium AEROTEC emploie environ 10 000 personnes dans le monde.