Innover pour l'efficacité by 3D SystemsAeroExpo

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Alors que les références écologiques prennent de plus en plus d'importance pour de nombreuses entreprises, les fabricants recherchent de nouvelles façons de créer des produits plus performants. L'industrie aérospatiale est à l'avant-garde, à la recherche d'opportunités d'innovation avec des conceptions nouvelles qui, en fin de compte, contribuent à améliorer le rendement du carburant. Les technologies de fabrication d'additifs augmentent les flux de production, transformant ainsi la manière dont ces innovations sont produites.

La fabrication d'additifs (AM) est une technologie révolutionnaire qui change la façon dont de nombreuses entreprises conçoivent et produisent des produits - l'industrie aérospatiale étant un leader dans ce domaine. En tant qu'outil, la fabrication additive permet aux concepteurs et aux ingénieurs de créer des pièces qui ne peuvent pas être exprimées avec les méthodes traditionnelles de formation et de soustraction. On dit parfois qu'avec les technologies additives, "la complexité est gratuite", ce qui permet aux ingénieurs de concevoir pour la fonction, plus communément appelée "conception pour la fabrication additive" (DfAM). En tant que technologie numérique, la MA permet également d'améliorer l'efficacité car l'outillage traditionnel n'est pas nécessaire. Cela permet aux équipes de conception d'itérer rapidement, pour obtenir un produit de qualité supérieure plus rapidement que ce qui était possible avec les technologies précédentes.

Dans l'aérospatiale, cet environnement de conception rapide et peu contraignant permet des changements d'étape dans l'optimisation de la conception. Sur le plan pratique, cela permet désormais aux entreprises aérospatiales de concevoir des plates-formes de meilleure qualité, plus rapides et plus efficaces. Nous examinons ci-dessous certains des avantages significatifs que l'industrie aérospatiale peut tirer de l'adoption de l'approche combinée DfAM/AM pour la fabrication.

Nous commençons par la simplification de la conception, la consolidation des composants et la réduction du nombre de pièces. Historiquement, la complexité, le coût, le délai de mise sur le marché ainsi que la fiabilité du système final sont étroitement liés au nombre de sous-composants d'un assemblage. Moins il y a de pièces, moins l'assemblage est nécessaire et, en fin de compte, moins il y a de points de défaillance.

Mon exemple récent préféré est celui d'un composant métallique direct qui était traditionnellement fabriqué à partir de 12 pièces moulées et tubes séparés, tous soudés en une seule pièce. En plus de la main-d'œuvre d'assemblage, des outils, des gabarits et des montages - ainsi que d'une chaîne d'approvisionnement multi-fournisseurs complexe - il comportait finalement une étape de contrôle qualité où près de 10 m de lignes de soudure devaient être méticuleusement contrôlées par tomodensitométrie pour détecter les défauts. Lorsque la méthode AM a été appliquée, 12 pièces ne faisaient plus qu'une - et les dispositifs, l'assemblage et le contrôle CQ lent des lignes de soudure n'étaient plus nécessaires.

La prochaine étape est le transfert thermique. Le rendement énergétique des moteurs à réaction est fonction de multiples facteurs. L'un de ces facteurs est la température du système. En général, plus vous pouvez faire fonctionner le système à haute température, plus il est économe en carburant. Une augmentation de 100 à 200 °C de la température peut représenter une augmentation de 1 à 2 % de l'efficacité.

Bien que cela ne semble pas beaucoup, cela peut représenter des centaines de millions de dollars d'économies de carburant pour une compagnie aérienne si l'on considère des milliers de moteurs qui volent des milliers d'heures. La fabrication additive permet aux ingénieurs d'intégrer la conception de structures de refroidissement exotiques/conformes dans des sous-composants qui permettent finalement aux pièces de maintenir leur intégrité fonctionnelle et structurelle à ces températures élevées.

Des principes similaires de transfert thermique existent dans les systèmes de combustion des fusées, où la température entraîne la pression. Ceci, à son tour, donne la performance, ainsi que le taux d'usure et d'ablation, alimentant la tendance vers l'économie de la réutilisation des systèmes.

Et puis il y a la réduction de poids à prendre en compte. La fabrication d'additifs présente d'énormes avantages potentiels pour l'efficacité des engins spatiaux et des satellites. La réduction du poids des pièces qui volent se traduit toujours par une amélioration du rendement énergétique et des performances. Cependant, cette amélioration n'est nulle part ailleurs aussi importante que dans les systèmes spatiaux.

L'optimisation structurelle, manuelle et automatique, basée sur la conception, permet de modifier par étapes les rapports résistance/poids. Parmi les exemples récents, citons les supports Thales pour les antennes de satellite. En utilisant des algorithmes structurels avancés, Thales a pu générer une conception de support qui, exprimée en impression directe sur titane, était 25 % plus légère - tout en conservant les performances d'un support fabriqué de manière traditionnelle. D'autres possibilités d'optimisation ont été identifiées en se basant sur le passage à des structures tubulaires, comme on le voit dans les cadres de vélo.

Enfin, la fabrication additive - la percée de l'efficacité. Lorsque vous combinez le transfert thermique, la consolidation des composants et la réduction du poids, vous pouvez voir comment la fabrication additive a un rôle important à jouer dans l'amélioration des chiffres de consommation d'énergie pour le marché aérospatial. Elle présente également d'autres avantages, tels qu'une R&D plus rentable, une réduction du temps de fabrication de la première pièce et la possibilité de créer des pièces sur mesure, ce qui favorise l'innovation.

L'adoption de la GA dans l'industrie aérospatiale continue de s'accélérer, tout comme le nombre de fabricants qui impriment en 3D des pièces en plastique et en métal pour l'utilisation finale. La GA transforme la façon dont les leaders de l'industrie créent de nouveaux produits améliorés tout en gagnant en efficacité, ce qui les place bien avant leurs concurrents.