Fabrication additive : Innovation et efficacité coûts dans l'aérospatiale

La fabrication est un défi dans l'industrie aérospatiale. Non seulement les pièces aérospatiales sont extraordinairement complexes, mais elles doivent également être structurellement solides et répondre aux normes d'assurance qualité les plus élevées de presque toutes les industries.

Pour réduire les coûts et surmonter les défis de fabrication traditionnels, de nombreuses entreprises aérospatiales se tournent vers la fabrication additive pour produire efficacement les pièces complexes dont elles ont besoin.

Sans conteste, la fabrication additive transforme l'industrie aérospatiale. Le marché de la fabrication additive dans l'aérospatiale devrait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 22,17 % et atteindre 6,75 milliards de dollars d'ici 2026.

Fabrication conventionnelle vs fabrication additive dans l'aérospatiale

La fabrication additive est un processus dans lequel le matériau est ajouté à la structure d'un objet tridimensionnel couche par couche, basé sur l'impression de données CAO (un modèle 3D numérique). Elle est également communément appelée impression 3D.

Cela diffère des processus de fabrication traditionnels, également connus sous le nom de fabrication soustractive. Avec la fabrication conventionnelle, le matériau est mis dans un moule pour durcir. Lorsque le matériau sèche ou refroidit, il est retiré du moule et l'excès de matériau est enlevé pour former le produit final — d'où le terme soustractif.

Dans le processus de fabrication conventionnel, les étapes suivantes se produisent :

• Conception pour la fabrication (DFM) pour s'assurer que la pièce peut être fabriquée
• Analyse vibratoire
• Itération
• Fabrication
• Test
• Itération

Avec la fabrication additive, il y a moins d'étapes de fabrication et le processus se déroule comme suit :

• Conception
• Pré-traitement pour s'assurer que la conception peut être imprimée
• Itération
• Fabrication

L'impression 3D dans l'aérospatiale basée sur des modèles CATIA révolutionne l'industrie de la fabrication aérospatiale en changeant la façon dont les pièces sont fabriquées.

Voici six façons dont la fabrication additive est utilisée dans les applications aérospatiales.

1. Construire des pièces aux géométries complexes

Des pièces d'hélicoptère aux moteurs à turbine, les composants aérospatiaux nécessitent des structures géométriques hautement complexes dans des espaces parfois très restreints.

Plutôt que de créer séparément de petites pièces complexes et de les assembler ensuite, un ingénieur en conception peut créer des modèles 3D de la structure complète en utilisant des données d'impression CAO — composants internes inclus. Ensuite, l'imprimante 3D peut créer une pièce sans soudure qui inclut toutes les dimensions internes complexes et les géométries complexes, sans assemblage requis. Une telle méthode peut même être utilisée pour la fabrication additive de moteurs à réaction pour avions.

En utilisant la fabrication additive, il est possible de créer des pièces complexes avec moins de temps d'attente et d'énergie à partir d'une grande variété de matériaux, y compris le métal et la fibre de carbone.

2. Prototypage plus efficace

Sans avoir besoin de concevoir des moules et de sous-traiter la production, les ingénieurs aérospatiaux peuvent concevoir et imprimer des prototypes en une fraction du temps qu'il faudrait en utilisant les méthodes de fabrication traditionnelles. Avec la capacité de créer et tester des prototypes plus rapidement, les entreprises aérospatiales peuvent accélérer leur mise sur le marché et garder une longueur d'avance sur la concurrence.

Dans l'aérospatiale, il est très important qu'une pièce soit produite selon les spécifications. Avec la fabrication conventionnelle, le processus de spécification a déjà été mis en place. Cependant, le processus de spécification n'a pas été établi avec la fabrication additive, donc s'assurer qu'une pièce fabriquée a été produite selon les spécifications n'est pas aussi clair.

Quelques défis actuels de la fabrication additive dans l'aérospatiale incluent :

• Respecter les normes de fabrication en créant des pièces cohérentes — chaque pièce doit être identique à la précédente
• Imprimer à plus grande échelle, car l'impression 3D est une technologie plus récente
• Pour les fournisseurs de l'industrie aérospatiale, réussir les tests et respecter les normes de conformité — ces processus n'étant pas établis pour les pièces fabriquées par addition

3. Production rentable

La fabrication additive peut non seulement réduire le temps de création des prototypes, mais aussi réduire les coûts.

Avec la fabrication conventionnelle, le gaspillage de matériau peut atteindre 98 % pour de nombreuses applications aérospatiales. On se retrouve avec beaucoup de copeaux métalliques après soustraction, et la création du bon moule peut être un processus long.

Puisque le matériau est ajouté et non soustrait avec la fabrication additive, elle peut réduire drastiquement le gaspillage de matériau, aidant les fabricants à économiser sur les coûts de production. Il y a des coûts initiaux associés à la mise en place des processus de fabrication additive. Cependant, les économies à long terme l'emportent sur ces dépenses préliminaires.

4. Augmenter la résistance interne des pièces

Chaque fois que des pièces plus petites sont combinées pour former un objet plus grand, cela réduit l'intégrité structurelle de l'ensemble. Avec la fabrication additive, les ingénieurs en conception peuvent créer des pièces entières, y compris des centres creux et des composants internes, sans joints faibles et vulnérables.

De plus, la fabrication additive dans l'industrie aérospatiale peut tirer parti des matériaux composites très bien. C'est un domaine où la fabrication additive a un avantage distinct sur la fabrication conventionnelle.

Avec la fabrication additive, lorsque vous déposez vos tranches ou couches dans la direction où la force va s'appliquer, cela permet à votre pièce finale d'être exceptionnellement résistante dans cette direction.

5. Créer des composants légers

Le carburant est l'un des coûts les plus élevés dans l'industrie aérospatiale. La meilleure façon de réduire la consommation de carburant est de créer des pièces plus légères. Malheureusement, avec la fabrication conventionnelle, il est presque impossible de créer des pièces plus légères sans sacrifier l'intégrité structurelle.

Les pièces d'avion par fabrication additive, sans avoir besoin de composants d'assemblage comme les boulons et vis, les processus de fabrication additive peuvent réduire le poids de la structure de 25 %, tout en augmentant l'intégrité structurelle. Non seulement la fabrication additive réduit la consommation de carburant, mais elle augmente aussi la résistance globale de l'avion.

6. Réduire les besoins de stockage

L'industrie aérospatiale a l'une des chaînes d'approvisionnement les plus notoirement longues de toutes les industries. Afin d'avoir des pièces disponibles, de nombreuses entreprises aérospatiales stockent de grandes quantités de composants dans des entrepôts — un autre coût et une préoccupation logistique.

Parce que le processus de fabrication additive est rapide et efficace, les fabricants aérospatiaux peuvent produire des composants — y compris des pièces personnalisées — en interne en une fraction du temps et du coût que s'ils devaient les commander via la chaîne d'approvisionnement standard. Cela réduit le besoin d'avoir des pièces en stock ou de maintenir d'importantes installations de stockage.

L'avenir de la fabrication additive dans l'aérospatiale

Avec la capacité de créer des pièces personnalisées, légères et structurellement solides rapidement et efficacement, il n'est pas étonnant que de nombreuses entreprises se tournent vers la fabrication additive pour les applications aérospatiales.

En ce qui concerne l'avenir de la fabrication additive dans l'aérospatiale, les modèles CAO jouent un rôle central. Compte tenu des exemples de fabrication additive dans l'aérospatiale et des perspectives de recherche, il est évident que les modèles CAO sont actuellement utilisés et sont précieux pour les entreprises aérospatiales.

À mesure que de plus en plus d'entreprises aérospatiales passent de la fabrication conventionnelle à la fabrication additive, l'accent sera mis à long terme sur les capacités d'impression de modèles CAO.

Avec plus de 35 ans d'expertise en modélisation 3D dans une gamme d'industries, y compris la fabrication additive dans l'industrie spatiale, Spatial a créé des données CAO de pré-traitement supérieures et possède les outils pour construire un logiciel de pré-traitement pour imprimer des modèles CATIA aérospatiaux d'impression 3D géométriquement précis.

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