Garantir la qualité dans la fabrication aérospatiale : considérations clés

Les fabricants travaillant avec des clients aérospatiaux savent que les pièces produites pour applications aérospatiales sont soumises à des exigences fonctionnelles et réglementaires strictes. Les pièces aérospatiales ne sont pas seulement plus spécialisées que celles d'autres industries ; elles sont aussi plus susceptibles d'être critiques pour la mission, ce qui signifie qu'une défaillance entraînerait la perte d'équipement et un danger potentiel pour les opérateurs, passagers ou tiers.

Les ingénieurs doivent s'assurer que chaque pièce produite fonctionnera de manière cohérente et fiable selon les exigences de l'application, ce qui nécessite que les composants soient tenus à des normes rigoureuses, tests et inspections, afin de vérifier la fonctionnalité appropriée et de garantir que la sécurité est prioritaire.

Les projets aérospatiaux ont tendance à avoir des budgets plus élevés et des cycles de développement plus longs, ce qui implique généralement plus de planification initiale pour assurer le succès ultime du projet. Cet article mettra en lumière quelques considérations clés de conception et d'ingénierie pour les pièces aérospatiales que les équipes produit sont susceptibles de rencontrer.

Exigences réglementaires et attentes de certification des fournisseurs

En raison du nombre de réglementations internationales, fédérales et spécifiques à l'industrie qui dictent comment les pièces sont fabriquées, les entreprises aérospatiales travaillent généralement exclusivement avec des fournisseurs et fabricants possédant les certifications appropriées.

L'une des normes de gestion de la qualité aérospatiale les plus utilisées est AS9100, qui fournit des définitions et attentes universelles pour la gestion de la qualité des fabricants conçant, produisant et inspectant des pièces aérospatiales. La norme a connu plusieurs versions, la plus récente étant ASD9100D, publiée en 2016.

Les fabricants démontrant leur conformité à ASD9100D peuvent également démontrer leur conformité à la norme ISO 9001 plus large (que le système de gestion de la qualité AS9100 contient dans son intégralité). Les fabricants doivent aussi considérer la certification ASA-100, une norme conforme à la circulaire consultative FAA 00-56, qui fournit un système de qualité standardisé pour les distributeurs de pièces d'aviation civile.

Exigences fonctionnelles

Les pièces aérospatiales exigent un mélange unique de propriétés. De nombreux composants doivent être extrêmement résistants et rigides — caractéristiques souvent associées à des matériaux plus durs et plus lourds. Cependant, réduire le poids partout où c'est possible est critique pour presque toutes les applications de fabrication aérospatiale, ce qui peut aussi permettre aux équipes produit de concevoir des pièces aux géométries uniques ou complexes. Il est courant pour les fabricants de passer par des itérations de conception, d'ingénierie et de test pour s'assurer que la pièce fonctionnera correctement, répondant à toutes les exigences fonctionnelles, tout en optimisant pour retirer autant de poids que possible sans compromettre la performance.

Les méthodes de fabrication additive offrent un avantage significatif ici car elles permettent la production de pièces en utilisant la quantité minimale de matériau nécessaire pour satisfaire les exigences fonctionnelles d'un composant.

Matériaux

Le besoin de pièces rigides et solides mais flexibles et légères a mené à la fabrication de composants aérospatiaux avec des matériaux comme le titane, le tungstène et la fibre de carbone. Cependant, beaucoup de ces matériaux exotiques réagissent quand ils se rencontrent, ce qui peut mener à de la corrosion galvanique ou des dissemblances entre coefficients de dilatation thermique. Les méthodes de fabrication additive offrent une alternative unique, car la grande majorité des matériaux utilisés dans ces procédés sont non réactifs et offrent une large gamme de propriétés matérielles à des densités inférieures aux matériaux susmentionnés.

Pendant des décennies, la fibre de carbone était considérée comme risquée pour les applications aérospatiales en raison de son incompatibilité avec certains métaux, de ses propriétés anisotropes, et de son mode de fabrication unique. À mesure que les moyens de fabrication ont mûri et que les cas d'usage pour géométries hautement optimisées et propriétés matérielles ont augmenté, l'utilisation de la fibre de carbone s'est étendue considérablement dans l'aérospatiale.

Aujourd'hui, la fibre de carbone se trouve couramment dans de nombreuses applications aérospatiales. De même, la technologie utilisée en fabrication additive a tellement changé ces dernières années qu'il y a maintenant bien moins de restrictions matérielles pour les pièces fabriquées par des moyens additifs.

Les pièces fabriquées par addition suivent une trajectoire similaire dans les applications aérospatiales, permettant aux ingénieurs de contrôler et d'optimiser les géométries de composants comme jamais auparavant. En plus de la réduction de poids des composants, la maturité de la technologie et du contrôle des procédés additifs a permis aux ingénieurs d'optimiser les propriétés des composants, comme la rigidité et la résistance, avec la précision des méthodes de fabrication traditionnelles.

Cela augmente drastiquement les cas d'usage pour les pièces fabriquées par addition dans les applications aérospatiales chaque année, et de ce fait, il est de plus en plus courant de voir des pièces additives occuper les rôles de composants autrefois fabriqués traditionnellement dans l'industrie aérospatiale.

Critères de test

Bien que toutes les pièces doivent être testées pour assurer leur bon fonctionnement, c'est particulièrement important pour les applications aérospatiales, car de nombreux composants sont des pièces critiques. Beaucoup de ces pièces exigent des propriétés mécaniques spécifiques et sont essentielles pour garantir la sécurité, il est donc prudent pour les équipes produit d'avoir leurs critères de test définis tôt et en détail — avant que les tests ne commencent. Savoir à quoi ressemble le succès donne aux ingénieurs des repères clairs et permet aux designers d'affiner efficacement la conception de la pièce par rapport à cet objectif.

Atténuation des risques

Les clients aérospatiaux voudront aussi probablement voir des évaluations de risques. En raison du grand nombre de pièces critiques utilisées dans les applications aérospatiales, il est vital que les équipes produit soient confiantes que leurs pièces sont fiables et présentent peu ou pas de risque pour la santé et la sécurité humaines.

En utilisant des méthodologies d'analyse de risques bien définies, comme l'Analyse des Modes de Défaillance et de leurs Effets (AMDE/FMEA), les ingénieurs peuvent déterminer les diverses façons dont une pièce pourrait défaillir, ainsi que les conséquences associées, afin que les équipes de développement produit puissent atténuer les risques proactivement. Cela aide les équipes à déterminer les coûts qu'elles sont prêtes à engager pour garantir que certaines défaillances ne se produisent jamais, ce qui peut à son tour mener à d'autres changements de conception ou à l'intégration de systèmes redondants pour atténuer leurs effets.

Propulser l'aérospatiale avec l'additif

Bien que la fabrication additive ne soit pas la meilleure option pour chaque application, la technologie a progressé et mûri de telle sorte que le nombre d'applications potentielles dans l'aérospatiale augmente chaque année. Dans de nombreux cas, la fabrication additive permet de fabriquer des pièces spécifiques ou complexes de manière ciblée pour répondre aux exigences strictes de l'industrie aérospatiale.

Certaines pièces critiques seront évidemment mieux adaptées à d'autres méthodes de fabrication, mais la vitesse et la flexibilité des technologies additives présentent une option de plus en plus économique. En fin de compte, les ingénieurs et équipes de développement produit devraient investir dans une préparation robuste avant de lancer la production pour s'assurer que leurs pièces aérospatiales répondent à toutes les exigences fonctionnelles et réglementaires nécessaires, sont fabriquées avec les matériaux idéaux, et sont conçues pour atténuer les risques.

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