Révolutionner les intérieurs aérospatiaux : Comment l'impression 3D réduit le poids, accélère la production et diminue les coûts

Depuis ses débuts, l'industrie aérospatiale cherche par tous les moyens à réduire le poids des aéronefs. L'impression 3D est une méthode relativement nouvelle pour atteindre cet objectif. Les pièces imprimées en 3D sont presque toujours produites plus rapidement, plus légères et moins chères que leurs homologues fabriquées conventionnellement. Cela a entraîné une adoption massive de pièces imprimées en 3D dans les intérieurs d'avions ainsi que dans tous les autres aspects de l'aéronef. Ce n'est pas seulement l'aviation, mais aussi les fusées qui ont trouvé une utilité à l'impression 3D, SpaceX et la NASA imprimant toutes deux des moteurs et des buses de fusée en 3D.

Quel est l'objectif de l'impression 3D des composants intérieurs aérospatiaux ?

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles l'impression 3D connaît une forte adoption dans l'industrie aérospatiale. L'objectif de l'impression 3D des composants intérieurs d'un avion est de réduire le poids (ce qui économise la consommation de carburant), de réduire le gaspillage de matériaux et de permettre une production rapide de petites à moyennes séries de composants. De plus, l'impression 3D réduit le besoin de stocker des pièces, car les fichiers CAO peuvent être sauvegardés dans une base de données et imprimés à la demande. Elle permet également de fabriquer des composants en une seule pièce, éliminant ainsi le besoin d'assemblage.

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

L'impression 3D des composants intérieurs aérospatiaux suit le même processus que toute pièce imprimée en 3D. Fondamentalement, tout ce qui est nécessaire est un fichier CAO et une imprimante 3D. En supposant qu'une pièce ait déjà été conçue dans un système CAO, le fichier peut alors être tranché et prêt pour être introduit dans l'imprimante 3D. Le logiciel de tranchage transforme le fichier CAO en G-code, 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. Selon 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 processus est le plus efficace pour les petites séries de production et les productions avec une géométrie complexe qui aurait autrement un long délai 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 du poids.
2. Réduction de la consommation de carburant (due à la réduction du poids).
3. Réduction des délais de livraison.
4. Conception générative facile à utiliser.
5. Minimisation des déchets.
6. Prototypage rapide.

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

L'impression 3D a aussi ses inconvénients :

1. Pas rentable ni efficace en temps pour la production à grande échelle.
2. Limitée par la taille du plateau d'impression.
3. Limitée par les matériaux (bien que la gamme de matériaux s'élargisse).
4. Les pièces sont anisotropes, avec une réduction de la résistance dans les directions XY due aux 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. Elle est cependant en croissance rapide. Voici quelques exemples principaux de composants intérieurs imprimés en 3D :

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

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

Il existe divers matériaux qui peuvent être imprimés pour une utilisation dans un intérieur aérospatial. Voici quelques groupes de matériaux courants :

1. Polymères

Les polymères couramment utilisés pour imprimer des composants 3D comprennent : PLA (acide polylactique), ASA (acrylonitrile styrène acrylate), ABS (acrylonitrile butadiène styrène), PET (téréphtalate de polyéthylène) et PC (polycarbonate). Les pièces polymères imprimées en 3D sont plus légères que les pièces qu'elles remplacent car elles sont essentiellement creuses, utilisant un faible taux de remplissage pour créer un support interne. Les pièces en plastique imprimées en 3D sont imprimées à partir d'un fichier CAO à l'aide d'une imprimante 3D et utilisées pour diverses applications telles que : couvercles, conduits, entretoises, en-têtes de rideaux et porte-gobelets. Les pièces imprimées en 3D sont aussi durables que les pièces qu'elles remplacent, mais 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 soit sous forme de fibres continues, soit de fibres hachées. La forme à fibres continues est imprimée par une tête d'impression séparée à l'intérieur d'une pièce polymère. La fibre de carbone hachée mesure moins de 1 mm de longueur et est contenue dans le filament polymère en cours d'impression. La fibre de carbone continue est déposée dans les chemins de charge pour augmenter la résistance d'une pièce dans une direction particulière. Alors que la fibre de carbone hachée augmente la résistance dans l'ensemble de la pièce. Quelques exemples d'articles dans lesquels les plastiques renforcés de fibre de carbone sont utilisés : panneaux d'interrupteurs d'éclairage, composants de climatisation de cabine et 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 métal est réalisée selon un processus légèrement différent des polymères. Les métaux se présentent sous forme de poudre et sont ensuite fondus et fusionnés au plateau d'impression et aux couches successives à l'aide d'un laser dans un processus appelé frittage laser sélectif (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 pour les corps de roulements, les buses à carburant, les capteurs de température et les échangeurs de chaleur.

4. Nylon

Le nylon est un polymère imprimable en 3D. Cependant, il diffère de matériaux tels que le PLA et l'ABS car le nylon est plus flexible et 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 s'imprime de la même manière que les autres polymères, mais il comprend généralement un renforcement en fibre de carbone pour compenser sa faible résistance. Onyx™, de Markforged, est un nylon renforcé de fibre de carbone qui a été utilisé pour les consoles de divertissement en vol, les interrupteurs de panneau et les cadres de sièges.

5. Fibre de verre

De même que la fibre de carbone, la fibre de verre est utilisée dans les polymères imprimés en 3D comme renfort. La fibre de verre se présente sous forme continue ou hachée. La forme hachée est intégrée dans le filament et fournit un renforcement pour la pièce en général. Alors 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 où la fibre de carbone serait inutilement forte. 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 des composants intérieurs dans l'aérospatial ?

L'avenir des pièces imprimées en 3D dans les intérieurs aérospatiaux est prometteur. Bien que de nombreuses applications soient déjà trouvées pour l'impression 3D, il y en a beaucoup d'autres à venir. C'est parce que l'impression 3D a ouvert des options pour des composants spécialisés sans outillage spécialisé. L'impression 3D élargit également la gamme de matériaux utilisables. Il y a déjà des centaines de pièces imprimées en 3D dans les intérieurs des compagnies aériennes, et cette utilisation devrait croître car la valeur du marché aérospatial et de la défense américain devrait atteindre 5,58 milliards de dollars d'ici 2026.

Pour plus d'informations, consultez notre guide sur Comment fonctionnent les imprimantes 3D.

Questions fréquentes sur l'impression 3D des composants intérieurs aérospatiaux

SpaceX utilise-t-elle des imprimantes 3D ?

Oui, SpaceX utilise l'impression 3D pour ses fusées. Ils utilisent ces imprimantes pour fabriquer des moteurs et des buses de fusée. SpaceX a utilisé l'impression 3D pour imprimer la chambre du moteur SuperDraco en Inconel en utilisant le frittage laser direct de métal (DMLS). SpaceX a également imprimé en 3D le corps de la vanne d'oxydant principal (MOV) pour le moteur Merlin 1D. Cette pièce a été imprimée en deux jours au lieu de prendre sept mois à fabriquer et a un calendrier de maintenance 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., sur 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 pas de différences 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 au lieu des semaines, voire des mois de délai nécessaires pour livrer des composants critiques à la station spatiale internationale.

Peut-on imprimer en 3D des pièces d'avion autres que les composants intérieurs ?

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

Résumé

Cet article a présenté l'impression 3D des composants intérieurs aérospatiaux, l'a expliquée et a discuté des types de matériaux utilisés. Pour en savoir plus sur l'impression 3D dans l'aérospatial, contactez un représentant Xometry.

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Droits d'auteur et marques déposées

1. Onyx™ est une marque déposée de Markforged.

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Dean McClements

Dean McClements est diplômé B.Eng Honors en génie mécanique avec plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel comprend des rôles significatifs 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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