ULTEM (PEI) dans la fabrication additive aérospatiale : points clés et applications

Introduction aux plastiques ULTEM

Les polymères plastiques haute performance se divisent en deux catégories : les thermodurcissables et les thermoplastiques. Les polymères thermodurcissables se solidifient de manière irréversible après durcissement grâce à des liaisons chimiques internes. Le polymère durcit selon un motif de réticulation qui l'empêche de se refondre, même sous une chaleur extrême.

ULTEM®, nom commercial du polyétherimide (PEI), est l'une des rares résines thermoplastiques amorphes disponibles dans le commerce qui conserve son intégrité mécanique à haute température. Développé à l'origine par la division plastiques de General Electric (aujourd'hui SABIC) au début des années 1980, l'ULTEM est un plastique haute performance qui est un pilier de l'industrie manufacturière depuis plus de 35 ans. Ce matériau est solide, résistant aux produits chimiques et aux flammes, facile à utiliser et capable de supporter des températures extrêmement élevées tout en conservant des propriétés électriques stables.

Souvent utilisé pour la production de circuits imprimés, de lunettes, d'équipements de préparation alimentaire et de stérilisation, et peut-être plus particulièrement de pièces d'avion, l'ULTEM est reconnu pour sa résistance et sa durabilité. Poursuivez votre lecture pour découvrir tout ce qu'il faut savoir sur l'ULTEM.

Impression avec l'ULTEM

L'ULTEM est facile à thermoformer et peut être fabriqué par dépôt de filament fondu (FDM). Une buse chauffée suit répétitivement un trajet d'outillage défini et dépose une couche de matériau à la fois jusqu'à la formation complète de la pièce.

Le moulage par injection est une autre option rapide et rentable pour la fabrication avec l'ULTEM. Des granulés thermoplastiques sont introduits dans la vis d'injection, fondus et injectés dans le moule, refroidis et durcis, puis la pièce finie est éjectée via le pion d'éjection. Ce processus est idéal pour la production de pièces uniformes en grandes quantités, telles que les douilles de brûlage.

Spécifications mécaniques

L'ULTEM se distingue des autres polymères haute performance car il est conçu de manière unique pour rester mécaniquement stable dans des conditions extrêmes. Il peut supporter des températures supérieures à 217 °C pendant de longues périodes et reste dimensionnellement stable face aux fluctuations de température. Il est intrinsèquement résistant aux flammes et produit une fumée minime dont la toxicité n'excède pas celle de la fumée de bois en combustion.

Les thermoplastiques amorphes ont tendance à se fissurer au contact de graisses et d'huiles alimentaires, d'alcools, d'acides, de fluides d'entretien automobile et aéronautique, et d'autres solutions aqueuses. Non seulement l'ULTEM résiste à la fissuration sous contrainte dans de telles conditions, mais il résiste également aux rayons ultraviolets et aux radiations gamma.

Les principales spécifications mécaniques de l'ULTEM standard sont les suivantes :

• Résistance à la traction à la rupture (23 °C) : 105 MPa (15 200 psi)
• Résistance à la flexion (23 °C) : 152 MPa (22 000 psi)
• Allongement à la rupture (23 °C) : 60 %
• Résistance au cisaillement : 103 MPa (15 000 psi)
• Point de fusion : 219 °C (426 °F)
• Inflammabilité : V-0
• Rigidité diélectrique dans l'air : 830 V/mil

Ces spécifications ne s'appliquent qu'à l'ULTEM standard ; elles varient pour les différentes variantes du produit, notamment l'ULTEM renforcé à 10 %, 20 % et 30 % de fibres de verre.

L'ULTEM et l'industrie aérospatiale

L'industrie aérospatiale impose des normes mécaniques et des réglementations de qualité strictes auxquelles les pièces doivent se conformer. Pour garantir le respect des standards de qualification et d'équivalence définis par la Federal Aviation Administration (FAA), les nouvelles pièces doivent subir des processus de test et d'approbation longs, rigoureux et coûteux.

Malheureusement, ces processus longs sont incompatibles avec la demande croissante d'avions plus récents, plus rapides et moins chers. Pour répondre à cette demande, des leaders de l'industrie comme Boeing et Airbus doivent accélérer les cadences de production tout en maintenant les coûts bas. Un nombre croissant d'acteurs de l'aéronautique commerciale relèvent ces défis grâce à la fabrication additive — un procédé dans lequel ils peuvent utiliser l'ULTEM.

L'ULTEM figure parmi les rares résines approuvées pour le secteur aérospatial commercial. Il surpasse les thermoplastiques comparables en matière de résistance au fluage, la tendance des matériaux à se déformer et se dégrader sous contrainte mécanique répétée. Il résiste également bien au contact de divers carburants, liquides de refroidissement et lubrifiants. Sa résistance aux flammes garantit la conformité au règlement FAA 25.853 sur l'inflammabilité. En fait, l'ULTEM a déjà démontré un grand potentiel comme matériau viable pour les bloqueurs de feu et les housses de sièges d'avion.

De plus, l'ULTEM aide les entreprises aéronautiques à atteindre leurs objectifs de réduction des coûts en allégeant le poids. Par exemple, LSG Sky Chefs et Norduyn ont collaboré sur une flotte de chariots de service ultra-légers tirant parti de l'ULTEM. Un Boeing 747 entièrement chargé avec ces chariots serait plus léger de 748 kg (1 650 lb) qu'un avion chargé avec des chariots standards, une réduction de poids qui pourrait générer environ 65 000 $ d'économies de carburant par an. Avec l'ULTEM, les fabricants de pièces aéronautiques n'ont pas à choisir entre un polymère résistant ou léger — ils obtiennent le meilleur des deux mondes.

Pourquoi l'ULTEM ?

Pour les fabricants, imprimer un produit solide, stable, léger, résistant aux flammes et aux produits chimiques, facile à traiter et doté de propriétés mécaniques polyvalentes peut sembler un défi de taille. L'ULTEM coche toutes les cases. Ce polymère haute fidélité est un excellent choix pour une variété d'applications, des interrupteurs simples aux pièces d'avion complexes.

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