Chez Safran, l’impression 3D fait ses preuves pour les pièces structurelles de grandes dimensions
Safran Landing Systems annonce ce 29 mars avoir démontré la faisabilité de la production d’une pièce de structure, une partie de l’atterrisseur d’un avion d’affaires, en impression 3D. Une première mondiale qui pourrait renforcer l’utilisation de la fabrication additive en aéronautique.
La fabrication additive continue à gagner du terrain dans l’aéronautique et le procédé fait émerger des designs innovants. L'équipementier aéronautique Safran a annoncé le 29 mars avoir démontré la faisabilité technique de l’impression d’une pièce particulièrement sensible : le caisson de l’atterrisseur avant d’un avion d’affaires. Il s’agit d’un composant de grandes dimensions (455 x 295 x 805 mm), soumis à de nombreuses reprises d’efforts mécaniques.
« L’utilisation de la fabrication additive pour une pièce de cette nature et de cette dimension est une première mondiale », fait remarquer Nicolas Nguyen, responsable de la plateforme R&T du projet chez Safran Landing Systems. « C’est un élément de structure soumis à beaucoup de contraintes : il doit pouvoir pivoter pour permettre à l’atterrisseur de s’escamoter sous l’appareil et il doit absorber les sollicitations mécaniques en provenance des roues de l’avion. »
Une masse réduite de 15%
Habituellement produite grâce à l’usinage 5 axes et l’assemblage de trois pièces de forge, cette partie de l’atterrisseur a été identifiée en 2019 par Safran Landing Systems comme l’une des références éligibles au passage vers l’impression 3D métallique.
« Nous avions des idées pour optimiser le design, notamment pour réduire les temps de production, ainsi que la masse de la pièce. Mais elles étaient hors de portée des techniques d’usinage », explique Nicolas Nguyen. « Nous souhaitions éliminer les étapes d’assemblage et ne produire qu’une seule pièce là où trois composants étaient auparavant nécessaire ».
Le caisson d’atterrisseur a donc été entièrement reconçu pour le procédé d’impression 3D et pour pouvoir être fabriqué en un seul cycle de production. Cette approche élimine les bourrelets d’assemblage normalement présents sur la pièce et permet une réduction significative de la masse, d’environ 15%.
Le nouveau design du caisson d'atterrisseur associe en une pièce trois éléments qui étaient auparavant assemblés.
La fusion laser pour réduire les étapes d’usinage
Quant au procédé d’impression en lui-même, c’est la technologie de fusion laser sur lit de poudre (SLM) de titane qui a été privilégié. « Nous avons étudié la faisabilité d’une production par dépôt de fil métallique », souligne Nicolas Nguyen, « C’est un procédé intéressant car nous sommes moins limités en ce qui concerne la taille des pièces à produire. Cependant, l’état de surfaces des pièces en sortie nous aurait obligé à effectuer une reprise d’usinage, ce que nous souhaitions éviter au maximum ».
Safran a conclu un partenariat technique avec le spécialiste de la fusion laser SLM Solutions basée à Lübeck, en Allemagne. La société a été retenue car elle développe une imprimante grand format et verticalement étendue, la SLM 800. La machine est également équipée d’une technologie à quatre lasers pour réduire les temps de cycle, d’un système permettant de réduire le stress interne des pièces et d’une gestion performante des gaz générés lors de la production.
L'imprimante SLM 800 de SLM Solutions possède un axe Z étendu permettant la production de pièces de grandes dimensions.
L’impression 3D de l’aluminium encore limitée
Le choix du matériau s’est porté sur le titane, un alliage robuste, pour limiter les étapes de post-traitement de la pièce. « 70% de la surface de la pièce n’est pas reprise mécaniquement », pointe Nicolas Nguyen « Seules les surfaces fonctionnelles sont usinées ».
Le caisson d’atterrisseur étant habituellement réalisé en aluminium – matériau non adapté au niveau design de la pièce et aux performances encore limitées en fabrication additive – le coût matériau est donc plus élevé. Mais il devrait être compensé par les économies réalisées sur les étapes de fabrication.
La pièce de Safran Landing Systems sera testée en 2022 sur un banc d’essai, en vue d’être qualifiée. Elle pourra ensuite être intégrée à un appareil, ouvrant ainsi la voie aux premières pièces de structures volantes imprimées en 3D.
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