Comment la fabrication additive améliore l'industrie aérospatiale

Dès les débuts de la fabrication additive, les fournisseurs de matériel et de matériaux d'impression 3D ont identifié l'industrie aérospatiale comme un marché cible important. Les aéronefs, systèmes extrêmement complexes composés d'une grande variété de pièces, ont tout à gagner des avancées de pointe en matière d'outils et de matériaux de production, notamment ceux permettant de réduire le poids ou d'accroître la résistance des composants. Certains procédés d'impression 3D prétendent offrir les deux.

Malheureusement, cela ne signifie pas que l'aérospatiale ait adopté la fabrication additive plus rapidement que les autres industries. En effet, les aéronefs et leurs innombrables composants doivent – ​​pour des raisons évidentes – se soumettre aux procédures de certification et de test les plus rigoureuses. De ce fait, le passage du concept à la réalisation d'un composant aérospatial imprimé en 3D peut prendre des années, voire des décennies. La technologie existe, mais le savoir-faire acquis grâce à des années d'essais et d'observations fait défaut. Il est donc beaucoup plus simple de mettre en œuvre la fabrication additive dans les industries à faible risque où les vies humaines sont moins en jeu.

Bien que l'intégration des produits aérospatiaux imprimés en 3D puisse être lente, les pièces qui ont passé avec succès les tests finaux ont déjà un impact majeur sur l'industrie. Des éléments simples comme les parois intérieures de cabine imprimées en 3D aux pièces absolument essentielles comme les composants métalliques de moteur fabriqués par impression 3D, la fabrication additive prend indéniablement son essor dans l'un des secteurs les plus lucratifs et les plus dynamiques au monde.

Cet article présente quelques exemples de la manière dont la fabrication additive est, et sera, utilisée dans l'industrie aérospatiale.

Allègement et optimisation de la résistance

La fabrication additive et la fabrication soustractive diffèrent à bien des égards, et le choix entre l'impression 3D et les alternatives traditionnelles pose souvent un dilemme. Cependant, l'une des principales différences entre les deux approches réside dans leur capacité respective à façonner la géométrie interne d'une pièce.

L'impression 3D est extrêmement utile dans des secteurs comme l'aérospatiale, car elle permet aux ingénieurs de fabriquer des composants partiellement creux, utilisant des motifs géométriques complexes pour optimiser leur résistance interne sans alourdir la pièce. Puisque les imprimantes 3D construisent les pièces « de bas en haut », elles permettent de créer des structures en treillis à l'intérieur de pièces telles que des composants de moteur en métal ou des cloisons de cabine en plastique. Il serait impossible d'obtenir un tel résultat avec des procédés traditionnels comme le moulage (car le matériau liquide remplit toute la cavité) ou l'usinage (car l'outil de coupe ne peut atteindre l'intérieur sans perforer l'extérieur).

Il est difficile de surestimer l'importance de ces structures en treillis. Lors de la construction d'un aéronef, chaque gramme compte et nuit à son efficacité maximale. Or, l'impression 3D permet de réduire considérablement la masse d'un composant grâce à sa structure interne partiellement creuse en treillis. Les fils entrelacés et sinueux du treillis peuvent être agencés de manière mathématiquement optimisée afin de maximiser la résistance et de réduire les contraintes, garantissant ainsi qu'une pièce légère soit aussi résistante, voire plus, qu'une pièce entièrement pleine. Plus important encore, l'espace entre ces fils est sans poids, ce qui contribue à réduire la masse totale de la pièce.

De nombreuses entreprises aérospatiales utilisent l'impression 3D pour fabriquer des pièces légères. En 2011, des chercheurs des laboratoires HRL, filiale de Boeing, ont annoncé la mise au point d'un métal qu'ils considéraient comme le « matériau le plus léger au monde », dont la densité de seulement 0.9 mg/cm³ le rendait environ 100 fois plus léger que le polystyrène. « Le secret réside dans la fabrication d'un réseau de tubes creux interconnectés, dont l'épaisseur de paroi est de 100 nanomètres, soit 1 000 fois plus fine qu'un cheveu », expliquait Tobias Schaedler, l'un des chercheurs.

À mesure que les chercheurs continuent d'explorer les possibilités offertes par les structures en treillis imprimées en 3D légères, les entreprises aérospatiales s'impliqueront de plus en plus dans la fabrication additive à des fins d'allègement et d'optimisation de la résistance.

Prototypes et pièces détachées

L'un des principaux avantages de la fabrication additive, quel que soit le secteur d'activité, réside dans sa capacité à produire des pièces à la demande et en interne. Les imprimantes 3D peuvent être installées n'importe où et fonctionnent de manière largement autonome, ce qui réduit considérablement les délais de livraison des pièces imprimées en 3D. Grâce à cela, les entreprises aérospatiales peuvent fabriquer rapidement de nouvelles versions d'une pièce pour des tests immédiats, raccourcissant ainsi le processus de R&D et permettant une mise sur le marché plus rapide.

Le prototypage plus rapide est donc l'une des principales applications de la fabrication additive dans l'aérospatiale, et les résultats ont été prouvés : selon le géant de la fabrication additive Stratasys , l'utilisation de l'impression 3D en interne pour les prototypes aérospatiaux peut permettre des gains de temps d'environ 43 % par rapport au moulage par injection et à l'outillage CNC, et d'environ 75 % par rapport à la découpe laser 2D.

Un autre domaine où l'aérospatiale peut tirer profit de la fabrication additive est la gestion des stocks. Un avion commercial moyen est composé d'environ 4 millions de composants, provenant de différents fabricants. Les fournisseurs aéronautiques doivent donc maintenir un stock important de pièces détachées pour pouvoir intervenir en cas de réparation. L'achat de ces pièces représente un coût considérable, tout comme l'acquisition des espaces nécessaires à leur stockage.

Les imprimantes 3D peuvent apporter une solution extrêmement utile dans ce domaine. En disposant d'une imprimante 3D sur site, les entreprises aérospatiales peuvent, au lieu d'encombrer d'immenses entrepôts de millions de pièces détachées coûteuses, simplement conserver une bibliothèque numérique de pièces dans un format imprimable comme le STL. Ainsi, elles peuvent imprimer les pièces en 3D uniquement lorsque cela est nécessaire. Cette pratique d'utilisation de bibliothèques numériques de pièces détachées se généralise progressivement dans de nombreux secteurs et son déploiement à grande échelle prendra des décennies, mais l'aérospatiale pourrait en être l'un des principaux bénéficiaires.

3ERP possède une longue expérience dans la création de prototypes pour des clients des secteurs de l'aérospatiale et autres. Contactez-nous pour obtenir rapidement un devis pour votre projet.