Révolutionner les intérieurs aérospatiaux :comment l'impression 3D réduit le poids, la vitesse et les coûts

Depuis sa création, l’industrie aérospatiale s’efforce de réduire le poids des avions par tous les moyens nécessaires. L’impression 3D est une méthode relativement nouvelle pour atteindre un tel objectif. Les pièces imprimées en 3D sont presque toujours produites plus rapidement, plus légères et moins chères que leurs homologues fabriquées de manière conventionnelle. Cela a conduit à une adoption massive de pièces imprimées en 3D dans les intérieurs d’avions ainsi que dans tous les autres aspects de l’avion. Ce ne sont pas seulement les avions, mais aussi les fusées qui ont trouvé une utilité pour l'impression 3D, avec les moteurs et tuyères de fusée imprimés en 3D par SpaceX et la NASA.

Cet article discutera de l'impression 3D de composants intérieurs aérospatiaux, de son objectif, de son fonctionnement, des avantages, des inconvénients et des exemples de composants intérieurs aérospatiaux imprimés en 3D.

Quel est le but de l'impression 3D de composants intérieurs aérospatiaux ?

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles l’impression 3D connaît une forte popularité dans l’industrie aérospatiale. Le but de l’impression 3D des composants intérieurs d’un avion est de réduire le poids (ce qui permet d’économiser de la consommation de carburant), de réduire le gaspillage de matériaux et de permettre la production rapide de petits et moyens lots de composants. De plus, l'impression 3D réduit le besoin de stockage, car les fichiers CAO peuvent être enregistrés dans une base de données et imprimés selon les besoins. Cela permet également de fabriquer des composants en une seule pièce, éliminant ainsi le besoin d'assemblage.

Comment fonctionne l'impression 3D de composants intérieurs aérospatiaux ?

L'impression 3D de composants intérieurs aérospatiaux suit le même processus que n'importe quelle pièce imprimée en 3D. En gros, tout ce dont vous avez besoin est un fichier CAO et une imprimante 3D. En supposant qu'une pièce a déjà été dessinée dans un système de CAO, le fichier peut ensuite être découpé et prêt à être entré dans l'imprimante 3D. Le logiciel de découpage transforme le fichier CAO en un code G qui est une série de vecteurs que la tête d'impression 3D peut suivre pour imprimer la pièce. Le fichier est ensuite téléchargé sur l'imprimante et imprimé. En fonction de l'impression, un post-traitement peut être nécessaire. Habituellement, le post-traitement implique une technique abrasive pour retirer la structure de support de l’impression 3D. Ce procédé est plus efficace pour les productions en petits lots et les productions à géométrie complexe qui autrement auraient un délai de livraison long et un prix élevé. 

Quels sont les avantages de l'impression 3D dans l'industrie aérospatiale ?

Les avantages de l'impression 3D dans l'industrie aérospatiale sont :

1. Réduction de poids.
2. Consommation de carburant réduite (grâce à la réduction du poids).
3. Délais de livraison réduits.
4. Conception générative facile à utiliser. 
5. Déchets minimisés.
6. Prototypage rapide. 

Quels sont les inconvénients de l'impression 3D dans l'industrie aérospatiale ?

L'impression 3D a aussi ses inconvénients qui sont :

1. N'est ni rentable ni rapide pour une production à grande échelle.
2. Limité par la taille du lit d'impression. 
3. Limité par le matériau (bien qu'une gamme de matériaux s'élargisse).
4. Les pièces sont anisotropes, avec une résistance réduite dans les directions XY en raison des couches d'impression.
5. Grandes variations de qualité. 

Exemples d'applications de composants intérieurs aérospatiaux imprimés en 3D ?

La gamme de pièces imprimées en 3D pour les intérieurs aérospatiaux est principalement non structurelle. Il connaît cependant une croissance rapide. Voici quelques exemples de composants intérieurs imprimés en 3D :

1. Évents 
2. Conduits 
3. Déflecteurs
4. Gestion des câbles
5. Boîtiers électriques
6. Couvertures
7. Découper
8. Loquets de porte 
9. Accoudoirs 
10. Supports de montage 

Quels sont les matériaux utilisés dans l'impression 3D de composants intérieurs aérospatiaux ?

Il existe différents matériaux qui peuvent être imprimés pour être utilisés dans un intérieur aérospatial. Vous trouverez ci-dessous quelques-uns des groupes de matériaux courants :

1. Polymères

Les polymères couramment utilisés pour imprimer des composants 3D comprennent :le PLA (acide polylactique), l'ASA (acrylonitrile styrène acrylate), l'ABS (acrylonitrile butadiène styrène), le PET (polyéthylène téréphtalate) et le PC (polycarbonate). Les pièces imprimées en 3D en polymère sont plus légères que les pièces qu'elles remplacent, car les pièces imprimées en 3D sont essentiellement creuses et utilisent un petit remplissage pour créer un support à l'intérieur de la pièce. Les pièces en plastique imprimées en 3D sont imprimées à partir d'un fichier CAO à l'aide d'une imprimante 3D, puis utilisées pour diverses applications telles que :des couvercles, des conduits, des entretoises, des en-têtes de rideaux et des porte-gobelets. Les pièces imprimées en 3D sont aussi durables que les pièces qu’elles remplacent, cependant, elles manquent de résistance dans la direction Z porteuse. 

2. Fibre de carbone

La fibre de carbone est toujours imprimée dans un autre matériau tel que le nylon ou un autre polymère et est imprimée sous forme de fibres continues ou coupées. La forme en fibre continue est imprimée par une tête d'impression distincte dans les composants internes d'une pièce en polymère. La fibre de carbone coupée mesure moins de 1 mm de longueur et est contenue dans le filament polymère en cours d'impression. De la fibre de carbone continue est posée sur les chemins de charge pour augmenter la résistance d'une pièce dans une direction particulière. Tandis que la fibre de carbone coupée augmente la résistance de l’ensemble de la pièce. Voici quelques exemples d'articles dans lesquels des plastiques renforcés de fibres de carbone sont utilisés :les panneaux d'interrupteurs d'éclairage, les composants de climatisation de l'habitacle et les loquets de porte. Les pièces imprimées en fibre de carbone sont très durables et remplacent de nombreuses pièces en aluminium. 

3. Métal

L'impression 3D sur métal est réalisée à l'aide d'un procédé légèrement différent de celui des polymères. Les métaux se présentent sous forme de poudre et sont ensuite fondus et fusionnés sur le lit d'impression et les couches suivantes à l'aide d'un laser dans le cadre d'un processus appelé frittage sélectif au laser (SLS). Les pièces métalliques imprimées en 3D sont moins courantes car le métal est utilisé dans des composants plus structurels et critiques pour le vol et est donc plus difficile à qualifier. Cependant, le métal imprimé en 3D est couramment utilisé dans les moteurs d’avion dans les boîtiers de roulements, les injecteurs de carburant, les capteurs de température et les échangeurs de chaleur. 

4. Nylon

Le nylon est un polymère imprimable en 3D. Cependant, il diffère des matériaux tels que le PLA et l’ABS car le nylon est plus flexible et plus durable. Le nylon est moins rigide et résistant que le PLA et l’ABS mais a une résistance aux chocs dix fois supérieure à celle de l’ABS. Le nylon est imprimé de la même manière que les autres polymères, cependant, il comprend généralement un renfort en fibre de carbone pour compenser sa faible résistance. Onyx™, de Markforged, est un nylon renforcé de fibres de carbone qui a été utilisé pour les consoles de divertissement en vol, les commutateurs de panneau et les cadres de siège. 

5. Fibre de verre

À l’instar de la fibre de carbone, la fibre de verre est utilisée comme renfort dans les polymères imprimés en 3D. La fibre de verre se présente sous forme continue ou hachée. La forme hachée est intégrée au filament et assure le renfort de la partie générale. Tandis que la fibre continue fournit un renforcement pour un chemin de charge particulier. La fibre de verre est moins chère et moins résistante que la fibre de carbone et est utilisée pour des applications dans lesquelles la fibre de carbone serait inutilement résistante. Enfin, la fibre de verre, comme la fibre de carbone, a une durée de vie en fatigue supérieure à la plupart des composants métalliques qu'elle remplace. 

Quel est l'avenir de l'impression 3D de composants intérieurs dans l'aérospatiale ?

L’avenir des pièces imprimées en 3D dans les intérieurs aérospatiaux est prometteur. Même s’il existe de nombreuses applications pour l’impression 3D, de nombreuses autres applications sont à venir. En effet, l’impression 3D a ouvert des options pour des composants spécialisés sans outillage spécialisé. L’impression 3D élargit également la gamme de matériaux pouvant être utilisés. Il existe déjà des centaines de pièces imprimées en 3D dans les intérieurs des compagnies aériennes, et cette utilisation devrait croître à mesure que la valeur du marché américain de l'aérospatiale et de la défense devrait atteindre 5,58 milliards de dollars d'ici 2026.

Pour plus d'informations, consultez notre guide sur le fonctionnement des imprimantes 3D.

Questions fréquemment posées sur l'impression 3D de composants intérieurs aérospatiaux

SpaceX utilise-t-il des imprimantes 3D ?

Oui, SpaceX utilise l'impression 3D pour ses fusées. Ils utilisent ces imprimantes pour fabriquer des moteurs de fusée et des tuyères. SpaceX a utilisé des imprimantes 3D pour imprimer sa chambre moteur SuperDraco en Inconel par frittage laser direct de métal (DMLS). SpaceX a également imprimé en 3D le corps de la vanne d'oxydation principale (MOV) du moteur Merlin 1D. Cette pièce a été imprimée en deux jours au lieu de sept mois de fabrication et son calendrier de maintenance est réduit. 

La NASA utilise-t-elle des imprimantes 3D dans l'espace ?

Oui, la NASA a utilisé des imprimantes 3D dans l’espace. En 2014, la NASA a utilisé une imprimante fabriquée par Made In Space, Inc. dans la station spatiale internationale pour imprimer une plaque frontale de tête d'impression. La pièce imprimée a ensuite été renvoyée sur Terre pour analyse. Les résultats de ces tests ont montré qu’il n’y avait aucune différence entre les spécimens imprimés sur Terre et dans l’espace. Cela a ouvert de nombreuses opportunités pour l’impression 3D dans l’espace, où les matériaux peuvent être recyclés et réutilisés, contrairement aux semaines, voire aux mois, nécessaires pour livrer les composants critiques à la station spatiale internationale. 

Pouvez-vous imprimer en 3D des pièces d'avion en plus des composants intérieurs ?

Oui, des pièces 3D sont utilisées dans tous les domaines de l'avion, notamment :l'intérieur, les moteurs, la structure, les systèmes électriques et hydrauliques, ainsi que pour l'outillage spécialisé. L'outillage spécialisé est l'une des applications les plus anciennes en raison du besoin réduit de qualification. L'outillage spécialisé comprend :des gabarits, des outils de moulage par injection, des moules de coulée et des adaptateurs. Les avions utilisent également des supports de montage, des vannes, des boîtiers et des carters de roulement imprimés en 3D.

Résumé

Cet article présentait l'impression 3D de composants intérieurs aérospatiaux, l'expliquait et discutait des types de matériaux utilisés. Pour en savoir plus sur l'impression 3D dans l'aérospatiale, contactez un représentant Xometry.

Xometry offre une large gamme de capacités de fabrication, notamment l'impression 3D et d'autres services à valeur ajoutée pour tous vos besoins de prototypage et de production. Visitez notre site Web pour en savoir plus ou pour demander un devis gratuit et sans engagement.

Avis relatifs aux droits d'auteur et aux marques

1. Onyx™ est une marque déposée de Markforged.

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Dean McClements

Dean McClements est titulaire d'un baccalauréat spécialisé en génie mécanique et possède plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel comprend des rôles importants dans des entreprises de premier plan telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus d'ingénierie et des innovations.

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