Fabrication additive avec des composites dans l'aérospatiale et la défense

Ingénierie composite dans l'US Air Force

L'ingénierie des composites est un domaine qui s'applique à de plus en plus d'industries chaque année. L'envie de travailler dans ce type de domaine m'a conduit vers l'Armée de l'Air, et plus précisément vers l'Advanced Composites Office. Il s'agit d'un bureau de l'Air Force, mais nous soutenons toutes les organisations du DoD. En plus des problèmes de conception, d'analyse, d'ingénierie et de réparation des composites, nous dispensons également des cours d'une semaine aux organisations du DoD et à leurs employés. Ces cours comprennent un programme couvrant une introduction à l'ingénierie des composites et un cours de formation de technicien plus avancé. Dans ces cours, les étudiants de tout le DoD peuvent acquérir une expérience pratique de la conception et de la réparation de matériaux composites.

Expansion industrielle de l'impression 3D

Pendant que je travaillais dans diverses industries, j'ai vu d'innombrables histoires sur la résolution additive de problèmes de prototypage pour les entreprises, en particulier pour les petites entreprises. Dans le cycle de vie de la fabrication des petites entreprises, la capacité de prototyper des composants fonctionnels avant de passer par les étapes nécessaires pour accélérer la production de masse est cruciale pour le succès.

Avec les divers matériaux imprimables d'aujourd'hui, allant des métaux aux composites en passant par les thermoplastiques plus utiles que le PLA, l'impression 3D permet des tests d'ajustement et fonctionnels pour les ingénieurs, et elle fournit vraiment le support de numérisation nécessaire pour faire une analyse de rentabilisation dans les premières étapes du développement de produits . Ce n'est pas nécessairement la pièce additive qui résout complètement un problème, mais l'impression 3D en général. La technologie de l'impression 3D enrichit tellement d'étapes cruciales du processus de conception qu'elle facilite la résolution des problèmes de production.

Je pense que nous allons assister à une croissance de la fabrication additive dans l'outillage :supports et charnières, supports et aides à la fabrication. Dans un avenir proche, nous verrons l'impression 3D englober l'espace fonctionnel des pièces d'utilisation finale. Tout a commencé avec le PLA, que tout le monde peut imprimer dans son garage. Maintenant, avec des entreprises comme Markforged capables d'imprimer des composites et des métaux, ces matériaux plus solides et plus utiles ouvrent une toute nouvelle porte pour la fabrication additive.

La qualité et la résistance des matériaux disponibles pour l'impression 3D modifient les choix économiques et technologiques pour tous les types d'entreprises. Désormais, s'il s'agit d'une pièce à faible production, l'impression 3D est moins chère que l'exécution d'un moule ou de pièces CNC à partir d'une billette. Cela ouvre vraiment la porte à un ensemble de nouvelles industries pour adopter l'impression 3D.

Pourquoi l'Air Force se tourne vers les additifs

Les applications directes de l'impression 3D dans l'armée de l'air et l'armée se développent également. Il existe deux domaines clés qui s'appliquent directement à l'utilisation militaire de la fabrication additive.

1. Production en petits lots : Pour les avions sur lesquels nous travaillons spécifiquement, nous ne fabriquons pas des centaines de milliers de pièces, comme vous le feriez pour une pièce de production. Les applications aérospatiales et militaires sont pour la plupart de petites séries, et parfois ces pièces peuvent être produites sur le terrain en fonction de la technologie de fabrication additive disponible.

2. Fabrication distribuée : La puissance de l'additif réside également dans ses propriétés distribuées. Lorsque les imprimantes 3D peuvent être placées à moindre coût sur diverses bases, si quelque chose se brise, vous n'avez pas à expédier une nouvelle pièce du monde entier. Vous n'avez pas besoin de compter sur une seule source de production avec la fabrication additive. Plusieurs imprimantes dans plusieurs emplacements peuvent créer des pièces.

En raison de ces facteurs, je vois la fabrication additive jouer un rôle beaucoup plus important dans les applications militaires et aérospatiales.

Outillage additif pour les réparations d'avions vieillissants - MRO

Le bureau des composites avancés est chargé de trouver des solutions dans la conception, l'analyse, l'ingénierie et la réparation des composites, en particulier via le centre de gestion du cycle de vie, qui couvre les réparations des avions vieillissants. Souvent, l'outillage d'origine pour les avions a été détruit ou égaré, et nous pouvons utiliser des additifs pour potentiellement fabriquer de nouveaux outillages pour ces avions afin de les maintenir en vol.

L'un de mes principaux objectifs est de développer un outillage additif afin que nous puissions fabriquer des composites pour ces avions. Lorsque nous fabriquons des pièces pour un avion vieillissant sur lequel nous n'avons plus l'outillage ou les données de CAO, nous créons parfois un scan 3D d'une pièce existante, puis nous revenons en arrière pour créer un modèle que nous pouvons ensuite imprimer en 3D et utiliser comme outil pour cette partie.

Fabrication additive pour outillage composite

En ce qui concerne le bureau des composites avancés, nous nous sommes intéressés à l'impression 3D du point de vue des composites et à la façon dont elle peut aider le processus de fabrication. Actuellement, de nombreuses entreprises utilisent des pièces imprimées en 3D à grande échelle par Fused Deposition Modeling (FDM) pour l'outillage, mais elles doivent publier les pièces de la machine après leur sortie de l'imprimante avant de les préparer pour un laboratoire composite. Cela signifie qu'ils doivent imprimer en 3D un dessin CAO ou un modèle CAO précis, puis le placer sur une machine CNC, remettre la machine en place, puis préparer la superposition de composites avec un mélange de mastics pour le rendre étanche au vide et d'agents de démoulage. Il s'agit d'une étape - la mettre sur la CNC - que nous aimerions éliminer car elle enlève de nombreux avantages de l'outillage de fabrication additive.

De mon point de vue, un grand nombre des avantages de l'outillage de fabrication additive est que vous obtenez une pièce précise à votre conception CAO rapidement et facilement. Si vous devez poster ce moule avant de l'utiliser pour fabriquer une pièce composite, vous pouvez aussi bien utiliser une sorte de planche à outils, qui sera beaucoup moins chère et tout aussi facile à usiner. Cependant, si nous pouvons éliminer l'étape de post-usinage, vous pouvez économiser beaucoup de temps et d'énergie. Si nous produisons une pièce imprimée en 3D avec une finition de surface étanche au vide sans post-usinage, ponçage à la main ou tout ce qui pourrait diminuer la précision de la géométrie, je peux voir un monde où la fabrication additive est largement utilisée pour l'outillage composite. C'est une zone à très fort impact qui se profile à l'horizon pour l'impression 3D.

Crédits image : Galerie de photos de la base aérienne de Hill