Considérations relatives à la qualité pour la fabrication aérospatiale

Les fabricants qui travaillent avec des clients aérospatiaux savent que les pièces produites pour les applications aérospatiales sont soumises à des exigences fonctionnelles et réglementaires strictes. Non seulement les pièces aérospatiales ont tendance à être plus spécialisées que les pièces créées pour des applications dans d'autres industries ; ils sont également plus susceptibles d'être critiques pour la mission, ce qui signifie qu'une défaillance entraînerait la perte d'équipement et des dommages potentiels aux opérateurs, aux passagers ou aux passants.

Les ingénieurs doivent s'assurer que chaque pièce produite fonctionnera de manière cohérente et fiable conformément aux exigences de l'application, ce qui nécessite que les composants soient soumis à des normes, des tests et des inspections rigoureux, afin de vérifier le bon fonctionnement et de garantir que la sécurité est une priorité.

Les projets aérospatiaux ont tendance à avoir des budgets plus élevés et des cycles de développement plus longs, ce qui signifie généralement qu'une planification initiale plus importante est impliquée pour assurer le succès final du projet. Cet article mettra en évidence quelques considérations clés de conception et d'ingénierie pour les pièces aérospatiales que les équipes de produits sont susceptibles de rencontrer.

Exigences réglementaires et attentes en matière de certification des fournisseurs

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

L'une des normes de gestion de la qualité aérospatiale les plus largement utilisées est AS9100, qui fournit des définitions et des attentes universelles pour la gestion de la qualité des fabricants qui conçoivent, produisent et inspectent des pièces aérospatiales. La norme a connu plusieurs versions au fil des ans, la plus récente étant ASD9100D, publiée en 2016.

Les fabricants qui démontrent qu'ils sont conformes 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 également envisager la certification ASA-100, une norme conforme à la circulaire d'information 00-56 de la FAA, qui fournit un système de qualité normalisé pour les distributeurs de pièces d'aéronefs civils.

Exigences fonctionnelles

Les pièces aérospatiales nécessitent un mélange unique de propriétés. De nombreux composants doivent être extrêmement solides et rigides, des caractéristiques souvent associées à des matériaux plus durs et plus lourds. Cependant, la réduction du poids dans la mesure du possible est essentielle pour presque toutes les applications de fabrication aérospatiale, ce qui peut également permettre aux équipes de produits de concevoir des pièces avec des géométries uniques ou complexes. Il est courant que les fabricants passent par des itérations de conception, d'ingénierie et de tests pour s'assurer que la pièce fonctionnera correctement, répondant à toutes les exigences fonctionnelles, tout en optimisant également pour supprimer autant de poids que possible de la pièce, sans compromettre les performances.

Les procédés de fabrication additive apportent ici un avantage non négligeable car ils permettent de réaliser des pièces en utilisant le minimum de matière nécessaire pour répondre aux exigences fonctionnelles d'un composant.

Matériaux

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

Pendant des décennies, la fibre de carbone a été considérée comme un matériau à risque pour les applications aérospatiales en raison de son incompatibilité avec certains métaux, de ses propriétés anisotropes et de ses moyens de fabrication uniques. Au fur et à mesure que les moyens de fabrication ont mûri et que les cas d'utilisation de géométries et de propriétés de matériaux hautement optimisées ont augmenté, l'utilisation de la fibre de carbone a considérablement augmenté dans l'industrie aérospatiale.

Aujourd'hui, la fibre de carbone est couramment utilisée dans de nombreuses applications aérospatiales. De même, la technologie utilisée dans la fabrication additive a changé si radicalement au cours des dernières années qu'il y a maintenant beaucoup moins de restrictions de matériaux pour les pièces qui peuvent être fabriquées par des moyens additifs.

Les pièces fabriquées de manière additive suivent une trajectoire similaire dans les applications aérospatiales, permettant aux ingénieurs de contrôler et d'optimiser les géométries des composants comme jamais auparavant. Outre la réduction du poids des composants, la maturité de la technologie de fabrication additive et le contrôle des processus ont permis aux ingénieurs d'optimiser les propriétés des composants, telles que la rigidité et la résistance, avec la précision des méthodes de fabrication traditionnelles.

Cela augmente considérablement les cas d'utilisation des pièces fabriquées de manière additive dans les applications aérospatiales chaque année, et pour cette raison, il est de plus en plus courant de voir des pièces fabriquées de manière additive remplir les rôles de composants qui étaient autrefois traditionnellement fabriqués dans l'industrie aérospatiale.

Critères de test

Bien que toutes les pièces doivent être testées pour garantir leur bon fonctionnement, cela est particulièrement important pour les applications aérospatiales, car de nombreux composants sont des pièces critiques. Bon nombre de ces pièces nécessitent des propriétés mécaniques spécifiques et sont essentielles pour garantir la sécurité. Il est donc prudent pour les équipes de produits de définir leurs critères de test tôt et en détail, avant le début des tests. Savoir à quoi ressemble le succès donne aux ingénieurs des repères clairs et permet aux concepteurs d'affiner efficacement la conception de la pièce par rapport à cet objectif.

Atténuation des risques

Les clients de l'aérospatiale voudront probablement également voir des évaluations des risques. En raison du nombre élevé de pièces critiques utilisées dans les applications aérospatiales, il est essentiel que les équipes de produits soient convaincues que leurs pièces sont fiables et ne présentent que peu ou pas de risque pour la santé et la sécurité humaines.

En utilisant des méthodologies d'analyse des risques bien définies, telles que l'analyse des modes de défaillance et de leurs effets (FMEA), les ingénieurs peuvent déterminer les différentes façons dont une pièce pourrait échouer, ainsi que les conséquences associées à ces défaillances, afin que les équipes de développement de produits puissent atténuer les risques de manière proactive. Cela aide les équipes à déterminer les coûts qu'elles sont prêtes à engager pour s'assurer que certaines défaillances ne se produisent jamais, ce qui peut, à son tour, conduire à d'autres modifications de conception ou à la construction de systèmes redondants pour atténuer leurs effets.

Propulser l'aérospatiale avec des additifs

Bien que la fabrication additive ne soit pas la meilleure option pour toutes les applications, la technologie a évolué et mûri de telle manière 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 modes de fabrication, mais la rapidité et la flexibilité des technologies additives présentent une option de plus en plus économique. En fin de compte, les ingénieurs et les équipes de développement de produits doivent investir dans une préparation solide avant de commencer 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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