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Innover pour l’efficacité avec la fabrication additive en aérospatiale

Patrick Dunne, vice-président, développement d’applications avancées chez 3D Systems, explore les avantages que l’industrie aérospatiale peut gagner en adoptant la conception pour la fabrication additive (DfAM) et la FA.

Alors que les références écologiques gagnent de plus en plus en importance pour de nombreuses entreprises, les fabricants recherchent de nouvelles façons de créer des produits qui offrent des performances efficaces. L’industrie aérospatiale est à l’avant-garde, à la recherche d’occasions d’innover avec des conceptions novatrices qui contribuent à améliorer l’efficacité énergétique.

La fabrication additive (FA) est une technologie révolutionnaire qui change la façon dont de nombreuses entreprises conçoivent et produisent des produits. Dans l’aérospatiale, cet environnement de conception rapide et peu contraint permet des changements par étapes dans l’optimisation de la conception. Sur le plan pratique, cela permet désormais aux entreprises aérospatiales de concevoir des plates-formes meilleures, plus rapides et plus efficaces.

SIMPLIFICATION DE CONCEPTION, CONSOLIDATION ET 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 dans un assemblage. Moins vous avez de pièces, moins d’assemblage requis et, finalement, moins de points de défaillance. Bien que la réduction du nombre de pièces en tant que philosophie de conception ne soit pas nouvelle, ni même exclusive à AM, elle permet aux ingénieurs de l’amener à un tout autre niveau.

Mon exemple récent préféré était un composant métallique direct qui était traditionnellement fabriqué à partir de 12 pièces moulées et tubes séparés, tous soudés en une seule pièce. Outre le travail d’assemblage, les outils, les gabarits et les accessoires – ainsi qu’une chaîne d’approvisionnement multifournisseurs complexe -, il contenait finalement une étape de contrôle qualité où près de 10 mètres de lignes de soudure ont dû être méticuleusement inspectés par CT pour détecter les défauts. Lorsque l’AM a été appliqué, 12 pièces sont devenues une seule – et les gabarits et les montages, l’assemblage et l’inspection lente du contrôle qualité des lignes de soudage n’étaient plus nécessaires. La pièce résultante était plus légère, avait moins de points de défaillance, était plus rentable et plus efficace à trouver et à produire, et a donné de meilleures performances.

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TRANSFERT THERMIQUE

Le rendement énergétique des moteurs à réaction est fonction de plusieurs facteurs. L’un de ces facteurs est la température du système. En règle générale, plus le système est chaud, plus il devient économe en carburant. Une augmentation de la température de 100 à 200 ° C peut expliquer une augmentation de l’efficacité de 1 à 2%. Bien que cela ne semble pas grand-chose, cela peut équivaloir à des centaines de millions de dollars d’économies de carburant pour une compagnie aérienne lorsque vous regardez des milliers de moteurs qui volent plusieurs milliers d’heures. La FA 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 de fusées, où la température entraîne la pression. Ceci, à son tour, donne des performances, ainsi que le taux d’usure / ablation, alimentant la tendance à l’économie de réutilisation du système.

PERTE DE POIDS

La FA présente d’énormes avantages potentiels pour l’efficacité des engins spatiaux et des satellites. La réduction du poids des pièces volantes permet toujours d’améliorer l’efficacité énergétique et les performances. Cependant, nulle part cette amélioration n’est réalisée plus que les systèmes spatiaux.

L’optimisation structurelle axée sur la conception, à la fois manuelle et automatique, entraîne des changements progressifs dans les rapports résistance-poids. Des exemples récents incluent les supports Thales pour antenne satellite. En utilisant des algorithmes structurels avancés, Thales a pu générer une conception de bracket qui, exprimée en impression Direct Titanium, était 25% plus légère – tout en conservant les performances d’un bracket de fabrication traditionnelle. D’autres opportunités d’optimisation ont été identifiées sur la base de la transition vers des structures tubulaires, comme nous le voyons dans les cadres de vélo.

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AM, LA PERCEPTION DE L’EFFICACITÉ

Lorsque vous combinez le transfert thermique, la consolidation des composants et la réduction du poids, vous pouvez voir comment la FA a un grand rôle à jouer dans l’amélioration des chiffres de consommation d’énergie pour le marché aérospatial. Il existe également d’autres avantages, comme une R&D plus rentable, un temps réduit pour la première partie et la possibilité de créer des pièces sur mesure, favorisant l’innovation.

AM transforme la façon dont les leaders de l’industrie créent de nouveaux produits améliorés tout en gagnant en efficacité qui les place bien en avance sur leurs concurrents.

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