3DP&Me: LIFT décolle avec l'aide d'impression 3D

Matt Chasen: Notre vision est simple. Nous voulons placer l'expérience du vol à la portée de tout le monde. À l'heure actuelle, piloter un avion est une expérience très coûteuse ouverte à très peu de personnes. Devenir pilote implique une très longue formation et le coût d'utilisation d'un avion est élevé.

Nous voulons changer cette situation en retirant toutes les compétences inhérentes, en tirant parti de l'autonomie, et en utilisant une propulsion électrique distribuée sûre et simple. Nous pouvons permettre aux gens de profiter de l'expérience du vol sans tracas tout en assurant leur sécurité.

Matt: Elles font peur par leur nouveauté. C’est pourquoi nous adoptons une approche très mesurée et méthodique à leur égard. Nous avons, par exemple, recours à des commandes de vol semi-autonomes, pas à une autonomie complète. L'intervention humaine reste le capteur le plus fiable. Même un pilote non entraîné est capable de « sentir et éviter ».

Nous utilisons ces nouvelles technologies, mais judicieusement. Car sans elles, nous ne serions pas en mesure de faire ce que nous faisons. Un grand nombre de technologies ont muri et se sont bousculées pour faire en sorte que ce moment soit idéal pour ce type marché. L'impression 3D en fait partie : nous n'aurions rien pu faire sans les avantages de l'impression 3D en matière de délai de commercialisation.

Matt: C'est exact. Nous ne nous sommes pas lancés dans un projet de R&D de dix ans. Nous avons d'abord recherché une véritable opportunité commerciale. Notre intérêt s'est alors porté sur cette catégorie réglementaire aux États-Unis appelée « avion ultraléger ». Le défi consistait à se conformer aux restrictions de poids de cette catégorie. Et nous l'avons fait grâce à l'optimisation du poids rendue possible par l'impression 3D et d'autres technologies. Cela nous a permis d'entrer sur le marché sans certification de l'EASA, aucune licence de pilotage n'étant même requise ! Du point de vue de notre mission consistant à démocratiser le vol, c'est tout simplement parfait.

Matt: Oui! Nous avons eu recours à l'impression 3D pour faire passer un avion d'une feuille de papier vierge à un vol habité en un peu plus d'un an. Cette prouesse a été réalisée en imprimant en 3D de nombreuses pièces nécessaires à nos différents prototypes qui ont ensuite très rapidement évolué pour devenir l'un des tout premiers avions eVTOL de production au monde.

Et nous voulons conserver ce rythme. Habituellement, dans l'aviation, les cycles de produits sont extrêmement longs quand il s'agit d'avions certifiés. Ceci est dû au fait que dès l'instant où l'on développe et certifie quelque chose, il devient incroyablement laborieux et coûteux d'apporter la moindre modification ou de partir sur quelque chose de nouveau. Au bout du compte, il est plus facile de reproduire la même chose. Le progrès dans le domaine de l'aviation s'en est trouvé fortement entravé.

D'autres industries se réinventent et réitèrent leurs processus, permettant d'accélérer considérablement les cycles des produits technologiques ! L'absence d'exigences au niveau des certifications nous autorise à viser des cycles de produits beaucoup plus en phase avec ce qui est observé dans le secteur de la technologie. Nous envisageons un cycle compris entre 2 et 3 ans, au lieu des 20 à 30 ans qui sont aujourd'hui la norme dans l'industrie aéronautique. Et, en partie, ceci est rendu possible grâce à l'impression 3D.

Avec la fabrication additive, vous n'êtes pas obligé d'investir dans des commandes en grande quantité qui nécessitent des moules et tous ces gadgets coûteux qui n'ont de sens que si votre objectif est de produire des dizaines de milliers d'exemplaires d'un même objet. Si une pièce doit seulement être produite à 1000 exemplaires, il est beaucoup plus rentable de l'imprimer en 3D. C'est également plus rapide, avec une itération qui prend moins de temps et la version suivante qui sera disponible beaucoup plus vite.

Matt: C'est exact. Nous accordons une extrême attention au poids. Le surpoids est synonyme pour nous de faillite. Il est donc primordial de tirer parti du titane et d'autres métaux imprimés en 3D. Je vais laisser Balazs, notre ingénieur en chef, expliquer un peu plus ce que nous avons rendu possible avec ce projet. Il a suivi des approches telles que la conception générative pour créer des structures ultralégères qui ne sont tout simplement pas réalisables sans la technologie d'impression 3D.

Balazs Kerulo: Avant LIFT, je concevais des avions conventionnels à voilure fixe en dessous de limites de poids spécifiques, ce qui représentait un défi d'envergure. À l'époque, nous ne connaissions pas encore l'impression 3D. J'adressais continuellement des reproches aux technologies de fabrication parce qu'elles étaient trop contraignantes pour nous les concepteurs et qu'elles ne me permettaient pas de faire les choses comme je l'entendais.

Cela signifiait que j'étais en quelque sorte enclin à adopter toute nouvelle technologie pour autant qu'elle soit capable d'éliminer certaines de ces contraintes. La première chose que j'ai donc faite lorsque l'impression 3D a vu le jour, c'était de me procurer une imprimante 3D pour m'amuser un peu avec, en compagnie de mon fils, qui devait avoir quatre ans à l'époque. À présent, il a dix ans et sait déjà imprimer ses propres objets en 3D.

Au moment où nous nous sommes tous réunis avec Matt pour discuter de ce plan fou censé nous permettre de réaliser un avion prêt au vol en un peu plus d'un an, la première chose qui m'est venue à l'esprit était de savoir comment nous pourrions exploiter les nouvelles technologies pour faire évoluer nos conceptions très rapidement. C'est pour cette raison précise que nous avons décidé d'impliquer l'équipe de Materialise très tôt dans notre projet. Dans le même temps, j'ai commencé à chercher des logiciels qui pourraient faire de la conception générative. Le but était de proposer de nombreuses options de conception que nous affinerions par la suite, en fonction de certaines contraintes. La conception générative se marie très bien avec l'impression 3D, car l'une et l'autre ne se soucient en rien des contraintes liées aux processus de fabrication traditionnels auxquels nous étions habitués jusqu'ici.

Balazs: Nous sommes en présence d'un groupe motopropulseur réparti. Cela signifie que nous avons un total de 18 moteurs et 18 batteries. C'est excellent pour la sécurité, mais cela veut aussi dire que tous les éléments en relation avec le groupe motopropulseur doivent être multipliés par 18. Chaque gramme doit être multiplié par 18. Il est donc essentiel pour nous de faire preuve d'efficacité dans la conception de ces pièces en particulier.

Le pylône est probablement la plus importante de toutes. Elle relie le moteur à l'avion. Toutes les forces transitent par cette dernière. C'était un défi de la concevoir pour la rendre résistante à toutes ces forces, le couple, les forces dynamiques, etc. Il s'agissait de l'une des premières pièces sur lesquelles nous avons commencé à travailler et pour laquelle nous avons utilisé la conception générative. Nous avons choisi le titane pour sa fabrication, puis nous avons utilisé un processus de conception générative défini par le matériau pour la développer.

La conception générative était vraiment pratique dans ce cas, car nous n'avions qu'à lui indiquer les contraintes : les forces, les caractéristiques de couple et de fatigue escomptées. L'ordinateur a très rapidement trouvé une solution vraiment idéale qui nous a plu et qui a fonctionné. Par ailleurs, cette structure ne pouvait vraiment être réalisée qu'à l'aide de l'impression 3D.

Le caractère récent de cette technologie de fabrication nous contraint à appliquer des facteurs de sécurité très élevés. L'indice de sécurité que nous avons appliqué à cette pièce est de l'ordre d'environ 10. La pièce est très légère et pourrait être davantage affinée, mais nous souhaitons nous en tenir à ce facteur de sécurité élevé pour le moment. Nous soumettons actuellement cette pièce à des essais de fatigue et, en cas de résultats probants, il est possible que nous diminuions les valeurs. Mais là encore, les pièces sont déjà si légères qu'il serait préférable de les laisser telles quelles, sachant que nous aurions toujours la possibilité de les réduire un peu plus si nous le souhaitions.

Balazs: Nous avons créé la pièce et l'avons envoyée à l'équipe de Materialise qui nous recontactés pour nous dire : « beau travail, c'est imprimable », tout en nous proposant des suggestions telles que « utilisez une forme en diamant ici pour le rendre plus rapide et plus respectueux de l'environnement, mais aussi moins cher à imprimer », etc. Et c’est vraiment de cette manière que nous travaillons avec l’équipe depuis. Nous envoyons nos pièces et les retours très constructifs que nous recevons de Materialise nous aident vraiment à affiner les conceptions.

Balazs: Je leur conseillerais d'oser se lancer. Même en appliquant des facteurs de sécurité plus élevés, vous constaterez bien vite que les pièces sont plus légères et plus efficaces que tout ce que vous auriez réalisé de manière conventionnelle.

Charles Justiz: Dix est effectivement assez élevé. Mais c'est absolument indispensable en raison de l'extrême légèreté de nos pièces. Si nous décidions d'opter pour un facteur de sécurité inférieur, nous serions obligés de renforcer la structure en d'autres endroits pour réduire les vibrations et la propension à la flexion du fuselage. Et du coup, le résultat aboutirait soudainement à un véhicule plus lourd. Nous nous soucions à la fois des risques, du coût et du poids.

Charles: La facilité de fabrication est quelque chose que les gens citent toujours comme un avantage clé de l'impression 3D, mais il faudrait plutôt parler de la facilité de refabrication ! Si vous avez un prototype d'engin et que vous vous dites : « Oups, ça ne s'est pas bien passé. La répartition de la charge n'est pas celle à laquelle je m'attendais ; la torsion ne répond pas à mes attentes ; j'ai rencontré des turbulences et l'engin s'est mis à trembler de cette façon et ce n'est pas acceptable », il faut tout reprendre à zéro ! Soit vous attendez six mois, le temps qu'un nouveau moule soit fabriqué pour couler la pièce, soit vous avez l'option de dire : « Voici les nouvelles spécifications, la CAO/FAO a l'air bien, elle correspond au besoin. Veuillez imprimer ça pour moi. » Et dans 99,9 % des cas, vous recevez en retour une pièce qui correspond exactement à vos spécifications. Il s'agit d'un énorme avantage lié au prototypage rapide.

Charles: L'attention est portée sur le risque. Et chaque chose comporte un risque. Ce que nous devons faire, c'est quantifier le risque et nous demander quel niveau de risque est acceptable. Ensuite, nous travaillons là-dessus. Nous identifions les situations de risque inacceptables et renforçons le facteur de sécurité en un endroit particulier.

En tant que pilote d'essai à la NASA, il m'a été donné de piloter des engins de recherche. Un aéronef unique en son genre, totalement repensé. Ce que je faisais, c'était imaginer des scénarios pour mettre l'engin à l'épreuve et dire : « Avez-vous envisagé que cela se produise ? » Nous faisons à présent exactement la même chose chez LIFT. Nous avons parlé d'une philosophie de conception générative, mais il existe également une philosophie de conception générative pour les essais en vol.

Charles: Oui, c'est ça, mais tout ne se fait pas en une seule fois. Il faut y aller prudemment, lentement. Nous placerons l'engin en vol stationnaire, inoccupé. Ensuite, nous ferons déplacer l'engin à une certaine vitesse. Le scénario est déjà écrit. Il y a des exigences auxquelles nous devrons avoir répondu avant de passer à l'étape suivante. Nous allons ensuite parcourir les données et examiner ce que nous avons fait subir à l'engin lors de ce test.

La raison pour laquelle nous faisons cela et appliquons ce facteur de sécurité tient au fait que ces nouvelles structures, matériaux et composants ont un comportement à la fatigue différent, réagissent différemment aux vibrations et s'usent différemment. Les pièces métalliques conventionnelles se détériorent lentement et commencent par se fissurer, comme pour vous avertir en quelque sorte. Les autres matériaux ne se comportent pas de cette manière, ils se contentent de céder. Notre but est de nous assurer que cette éventualité ne se produise pas.

Charles: Nous sommes très rapides et très rigoureux. Ce qui est très compliqué !

Matt: Tout ceci nous conduit à nouveau à notre philosophie globale, qui est axée sur la sécurité. Au tout début, j'ai mis Balazs au défi de rentrer dans la catégorie des ultralégers, mais à partir de là, nous avons entièrement optimisé notre conception en faveur de la sécurité. Nous n'étions soumis à aucune condition relative à la vitesse de vol.

Notre but n'est pas de vous amener quelque part rapidement. Nos améliorations se concentrent autour de l'expérience de vol stationnaire et de déplacements assez rapides pour faire certaines choses. D'autres dans l'industrie eVTOL essaient de bien faire deux choses en même temps, et c'est vraiment difficile : de voler avec des ailes, mais aussi de décoller et d'atterrir à la verticale. Si vous ajoutez des ailes, celles-ci ne sont que du poids mort en vol stationnaire et réduisent vos facteurs de sécurité.

Notre approche consistait vraiment à fabriquer l'avion le plus sûr possible et ses performances ou son coût ne nous inquiétaient pas.

Matt: Ce que nous faisons est fou. Mais une grande responsabilité repose sur nos épaules. Nous allons être les premiers à lancer un service permettant aux gens de piloter des avions ultralégers électriques à décollage et atterrissage verticaux. Nous prenons cette responsabilité avec le plus grand sérieux.

La sécurité passe par les choix de conception, les technologies de fabrication et tout le reste. Depuis le début, notre mission s'est surtout intéressée à l'accès ; il est donc tout à fait logique de privilégier la sécurité avant tout. Car chaque risque que vous ajoutez doit trouver son pendant en compétences, comportant l'inconvénient d'exclure beaucoup de monde, ce qui est exactement ce que nous essayons d'éviter.

Balazs: Nous n'allons pas lancer quelque chose tant que nous n'aurons pas la certitude de pouvoir offrir une expérience sûre et fascinante, mais avant tout sûre, à ses utilisateurs. C'est à ce moment-là que nous pourrons véritablement parler de vol démocratisé.

Matt, Balazs, Charles, merci pour le temps que vous nous avez gentiment accordé !