La fabrication additive multimatériaux et multiprocédés gagne en maturité dans l'aéronautique et le spatial
La fabrication additive multimatériaux et multiprocédés ouvre de nouveaux horizons aux acteurs de l'aéronautique et du spatial. Les projets de R&D se multiplient. Illustrations à l'occasion d'une journée dédiée organisée à Toulouse le 18 avril dernier.
Dans l'aéronautique et le spatial, deux voies technologiques ont actuellement la cote en fabrication additive : l’hybridation multi-procédés, c’est-à-dire le couplage de la mise en œuvre par impression 3D avec d’autres techniques plus conventionnelles (usinage, forgeage, soudage, brasage…) et l’impression 3D multi-matériaux (composites, céramique, métal, polymère). A l'occasion d'une rencontre co-organisée à Toulouse le 18 avril par l’agence régionale Ad’Occ et le Cirimat, en partenariat avec le Pôle Européen de la Céramique (PEC) et le pôle de compétitivité Aerospace Valley, plusieurs projets collaboratifs, associant partenaires publics et privés d'Occitanie, ont été mis en lumière.
Des structures complexes et minces pour mieux absorber les chocs
L'IRT Saint Exupéry est ainsi engagé dans un projet collaboratif, baptisé Wallsapp (structures minces et lattices pour applications aérospatiales). Les lattices, ou « treillis », sont des structures composées d’un réseau de poutres, dont l'organisation géométrique selon des motifs précis permet de conférer des propriétés mécaniques sur-mesure à l’ensemble, tout en minimisant sa densité. « Tout l'enjeu est de maîtriser l'ensemble des outils de conception et de dimensionnement pour générer des structures complexes optimisées en vue d'applications mécaniques spécifiques », précise Ludovic Barrière, ingénieur de recherche à l'IRT et chef du projet Wallsapp.
A la clef : la conception de pièces de faible masse et haute résistance mécanique, qui intéressent autant les industriels de l'aéronautique que ceux du spatial, pour atténuer les chocs vibratoires et acoustiques. Lancé au printemps 2021, le projet s'échelonne jusqu'en avril 2024, mobilise 2,1 million d'euros et associe Airbus, Capgemini, Liebherr Aerospace, Thales Alenia Space, l'ICA (Institut Clément Ader) et Lisi Aerospace Additive Manufacturing (LAAM), une filiale de Lisi Aerospace. L'ambition est de monter en maturité sur la caractérisation expérimentale avec des premiers démonstrateurs.
La réparation d'outils de matriçage par procédé Laser poudre (LMD-P)
Les équipes de l'IRT Saint Exupéry sont également engagées aux côtés d'Aubert & Duval (groupe Eramet), dans une approche multi-matériaux pour la fonctionnalisation et la réparation d’outils de matriçage par procédé laser-poudre (LMD-P). « Il s'agit d'un volet spécifique du projet MAMA (Metallic Advanced Material for Aeronautics), conduit en partenariat avec Aubert & Duval et la société toulousaine Opt'Alm », précise Thomas Gilles, ingénieur de recherche à l'IRT Saint Exupéry. Lancé en 2018 pour une durée de 5 ans, MAMA, qui associe plus largement l'IRT Saint Exupéry, Airbus et Aubert & Duval, le Cirimat et le Laboratoire Génie de Production de l'Ecole nationale d'ingénieurs de Tarbes, doit permettre de traiter des verrous technologiques sur plusieurs maillons de la chaine de valeur, de l'élaboration de pièces de titane complexes jusqu'à leur utilisation en service.
L'industriel mise sur la complémentarité entre les technologies de matriçage à très haute température et le couplage avec des techniques de fabrication 3D pour réduire les coût de production (effet cumulé de réduction de la matière première engagée, de gains sur les efforts de presse et sur les temps d'usinage final). Une plateforme technologique commune a été installée sur le site ariégeois d'Aubert & Duval, avec une presse pilote de 1 000 tonnes. Des premiers démonstrateurs ont permis de valider en 2022 un niveau de maturité technologique TRL4 sur des pièces d'aérostructure. Côté réparation, les premières campagnes d'essais ont aussi été réalisées avec succès sur la presse pilote, avec des poinçons de frappe, dont le pion de centrage a été reconstitué en fabrication additive. « Aucun dommage notable constaté des substrats, ni de recul anormal du pion dans le substrat », souligne Thomas Gilles. Une nouvelle étape sera franchie d'ici l'été 2023 avec des essais semi-industriels sur la presse de 40 000 tonnes.
La fabrication additive céramique au service de l'électronique de puissance
La journée toulousaine a aussi été l'occasion de présenter le projet CeraGaN, qui associe l'IRT Saint Exupéry, Safran, le Laboratoire de Génie de Production (LGP) de l'École Nationale d'Ingénieurs de Tarbes (ENIT) et les sociétés Deep Concept et Novadditive, basées respectivement à Pau et Tarbes. « L'objectif est d'étudier l'intérêt de la fabrication additive céramique dans le but de l'amélioration de l'extraction de chaleur de composants en nitrure de gallium (GaN) », résume Raphael Riva, docteur ingénieur en génie électrique à l'IRT.
Au programme : la réalisation d'une cellule de communication haute tension (400V) à base d'un convertisseur DC/DC (4 kW) en utilisant la fabrication additive céramique. Rendez-vous fin 2023 pour la preuve de concept. Dans la foulée, un second projet pourrait être engagé en 2024, avec l'entrée de nouveaux partenaires. Avis aux amateurs. La journée toulousaine avait aussi pour ambition de valoriser l'écosystème académique et industriel régional et de conforter l'émergence d'une filière occitane de fabrication additive multi-matériaux.
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