Les polymères imprimés en 3D sont désormais monnaie courante dans l'aérospatiale. Voici comment le métal peut suivre le mouvement.

Prenez un vol avec n'importe quelle grande compagnie aérienne, et il y a de fortes chances que vous ne soyez pas loin d'une pièce en polymère imprimée en 3D. Ils sont désormais courants pour les applications intérieures avec des exigences limitées en matière de charge et de performance - des pièces à faible criticité - mais pour arriver à ce stade, il a fallu relever des défis, tels que la certification.

Des entreprises comme Materialise ont dû prouver que les pièces qu'elles produisaient pouvaient répondre aux exigences des autorités aéronautiques, en fondant toute justification de produit sur des données de performance réelles. Et cela a pris du temps. Nous avions besoin de matériaux qualifiés et d'un processus fixe, rassemblant les preuves en collaboration avec des organismes de conception agréés (DOA) plutôt que de nous fier à une fiche technique.

La principale raison de ces restrictions est la nature inhérente de la fabrication additive. Vous générez les propriétés pendant la construction, de sorte que le processus d'impression 3D a un impact considérable sur le résultat final de vos pièces. Si la puissance du laser varie fortement, par exemple, la densité de votre produit peut varier, ce qui affecte ses performances ou des caractéristiques telles que l'inflammabilité.

C'est pourquoi il est essentiel de contrôler l'ensemble du processus et d'analyser les données relatives aux performances. Aujourd'hui, c'est une pratique courante pour nous et pour beaucoup d'autres. Nous pouvons produire en toute sécurité et de manière récurrente ces pièces à faible criticité et en adapter facilement de nouvelles. Nous avons recueilli plus d'une décennie de données provenant de milliers d'applications, et certains des plus grands noms de l'aérospatiale, comme Airbus, nous font confiance pour les aider à produire leurs pièces imprimées en 3D et prêtes à voler.

Mais le potentiel de l'impression 3D ne s'arrête pas aux polymères : l'industrie aérospatiale trouve déjà des utilisations pour les pièces métalliques imprimées en 3D à faible criticité. Les équipementiers se concentrent sur les domaines où la FA apporte la plus grande valeur, et les applications parfaites telles que l'injecteur de carburant GE LEAP sont de bons exemples de ce qu'elle apporte en termes de réduction de poids et d'intégration fonctionnelle dans des environnements critiques. En outre, il existe de nombreuses autres applications, telles que les cerclages de sièges, les boîtiers, les garnitures intérieures et les conduits, dont l'utilisation ou la rentabilité est positive lorsqu'elles sont imprimées en métal, même sans s'appuyer sur les avantages techniques traditionnels de l'impression 3D.

Ces applications constituent un excellent point de départ pour l'impression 3D de métaux. Comme pour les polymères, les applications idéales sont les réparations, les pièces de rechange et les pièces de cabine, principalement en raison des avantages que l'impression 3D apporte à l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement.

Les compagnies aériennes peuvent imprimer rapidement et à moindre coût des pièces de rechange à la demande, éliminant ainsi les surcoûts liés au stockage tout en réduisant le risque d'obsolescence et les retards de production des fournisseurs. Cette méthode est d'autant plus intéressante qu'il n'y a pas de quantités minimales de commande : les compagnies aériennes peuvent commander uniquement les pièces dont elles ont besoin, ce qui permet de réduire encore les coûts et les pertes potentielles.

Si une compagnie aérienne identifie une pièce qui tombe fréquemment en panne - comme le panneau dado - il est plus abordable et plus respectueux de l'environnement de la réparer plutôt que de la remplacer. Dans de nombreux cas, cet itinéraire est également plus rapide, ce qui permet de limiter les temps d'immobilisation coûteux pour chaque avion.

Et tout comme pour les polymères, nous espérons pouvoir commencer à fournir à l'industrie des pièces métalliques qui répondent à leurs besoins le plus tôt possible, et aider les compagnies aériennes à tirer parti des avantages techniques et économiques de l'impression 3D. De même, plus nous produisons, plus nous recueillons de données, ce qui permet aux compagnies aériennes d'embarquer plus facilement ces pièces imprimées en 3D.

La première étape de ce processus consiste, pour les compagnies aériennes et les équipementiers, à évaluer leur portefeuille. Quelles pièces métalliques non structurelles utilisez-vous ? Où les utilisez-vous ? Seraient-ils des candidats appropriés pour l'impression 3D métallique ? S'ils sont dans les zones où les pièces en polymère ont eu tant de succès - pièces de rechange, réparations et pièces intérieures - il y a de fortes chances que vous ayez intérêt à vous tourner vers l'impression 3D dans un avenir proche.

Ainsi, l'adoption de pièces métalliques à faible criticité n'est peut-être pas si éloignée, mais qu'en est-il des composants à haute criticité ? C'est là que de nouvelles exigences entrent en jeu. Contrairement aux polymères et aux pièces à faible criticité, pour lesquels la résistance statique et l'inflammabilité sont les principales caractéristiques, les pièces à longue durée de vie et à charge de fatigue doivent être testées sous contrainte.

Ce test est à la fois rigoureux et essentiel, car comme aux débuts de la certification des polymères, la difficulté réside dans la maîtrise du processus - et c'est considérablement plus difficile avec la fusion sélective par laser (SLM). À l'heure actuelle, le risque d'anomalies n'est pas exclu, ce que les fabricants de machines s'efforcent d'améliorer. Malheureusement, il est actuellement impossible de prédire quand et où ces anomalies peuvent apparaître. Il y a tellement de variables qui peuvent influencer le processus, et cela crée un grand nombre de modes de défaillance possibles.

Il s'agit d'un problème important pour les pièces soumises à une charge de fatigue, en particulier lorsque les anomalies se situent près de la surface. Il n'est pas non plus facile de les localiser, quel que soit l'équipement de test. La tomodensitométrie donne de bons résultats, mais elle est coûteuse et, même dans ce cas, elle n'est pas garantie à 100 %. En effet, avec le post-traitement, le contrôle de la qualité représente une part importante du coût de l'impression de pièces de haute performance, qui devra baisser pour que l'adoption prenne réellement son essor.

Alors, que pouvons-nous faire pour aider ? La communauté de la fabrication additive déploie de gros efforts pour développer des méthodes de contrôle non destructif permettant d'identifier les défauts et d'analyser les anomalies afin de déterminer si elles peuvent entraîner une défaillance. Les fabricants de machines font tout leur possible pour améliorer la stabilité des processus des machines SLM. Et nous nous efforçons tous de recueillir des données et de donner un sens au fil numérique - un domaine dans lequel le contrôle de la qualité et des processus (QPC) de Materialise peut montrer la voie.

Nous avons constaté que notre QPC apporte une réelle valeur ajoutée auprès des entreprises qui tentent de qualifier des pièces. Ils génèrent un grand nombre de données provenant de différents capteurs et entrées, qui doivent être combinées et mises en corrélation. Mais lorsque ces données sont stockées dans des documents ou des emplacements distincts, il est difficile de les replacer dans leur contexte. Ils sont impatients de voir comment QPC pourrait simplifier le fil numérique pour qualifier les pièces métalliques imprimées en 3D, car ils savent que c'est tout aussi important qu'une production correcte pour résoudre l'énigme.

Notre vaste expérience du flux de travail numérique de la FA des métaux peut également être un élément clé de cette équation, en nous aidant à faire progresser l'industrie. C'est un atout précieux pour susciter la confiance des entreprises aérospatiales, dont beaucoup s'adressent à nous non seulement pour la production, mais aussi pour obtenir de l'aide dans l'exploitation de leurs propres données précieuses. Plus les entreprises sont nombreuses à le faire, mieux c'est pour tout le monde - c'est même vital pour la normalisation.

Pour Materialise, l'objectif est d'introduire l'impression 3D métallique dans l'aérospatiale, de la même manière que nous travaillons avec les polymères. Nous savons qu'il s'agit d'un besoin direct pour beaucoup de nos clients, et nous voyons l'industrie progresser. Le processus peut prendre du temps, mais il est inévitable que nous y parvenions. D'ici là, nous continuerons à faire ce que nous pouvons pour aider : en nous assurant que nous contrôlons encore plus nos processus, des fournisseurs aux marchandises entrantes ; en partageant les données que nous pouvons et en aidant les autres à organiser les leurs ; et en poursuivant la normalisation dans l'ensemble de l'industrie de l'impression 3D.

Naturellement, nous ne pouvons pas le faire seuls. Pour faire avancer ce processus, il faut que l'industrie aérospatiale soit disposée à tester de nouvelles solutions, à essayer de nouvelles choses et à faire confiance à l'impression 3D de métaux. Cherchez des applications qui peuvent être améliorées grâce à cette technologie, cherchez de nouvelles solutions aux problèmes existants, et vous verrez rapidement que les métaux apportent autant d'avantages que les polymères à l'ensemble de votre chaîne d'approvisionnement. Les fournisseurs comme Materialise sont parfaitement placés pour vous aider à atteindre cet objectif - il ne reste plus qu'à entamer la conversation.