La CAO et la fabrication additive dans l'aéronautique

CAO & Fabrication Additive pour la production de pièces aéronautiques

La fabrication additive avec logiciel de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) est une méthode de production tridimensionnelle permettant de créer des produits en ajoutant des couches de matériaux successivement à partir de modèles numériques. Elle permet de concevoir des pièces complexes et de qualité avec une grande précision, tout en réduisant les déchets de matériaux par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles. De plus en plus utilisée, entre autre, dans l'industrie de l'aéronautique et de la défense en France, la fabrication additive permet la production de pièces légères et résistantes, ce qui contribue à réduire le poids des aéronefs, améliorer leur efficacité et réduire les coûts de maintenance des composants.

Les principes de la fabrication additive 

Notions de base 

  • Additivité : La fabrication additive construit des objets par ajout successif de couches de matériau, contrairement aux méthodes soustractives qui enlèvent du matériau pour obtenir la forme désirée.

  • Modélisation 3D : Les objets sont créés via la modélisation 3D en CAO à partir de modèles numériques tridimensionnels qui sont ensuite découpés en couches fines pour guider le processus d'addition de matériau couche par couche.

  • Fusion ou Agglomération : La matière est fusionnée ou agglomérée, que ce soit par fusion laser, frittage, dépôt de fil fondu, ou d'autres méthodes, pour solidifier les couches successives et créer l'objet final.

  • Contrôle et Précision : Des systèmes de contrôle précis sont utilisés pour déposer ou fusionner le matériau avec une précision micrométrique, garantissant la qualité et la conformité dimensionnelle de l'objet en cours de fabrication.

  • Supports Temporaires : Dans certains processus, des supports temporaires sont utilisés pour soutenir les parties surplombantes de la pièce pendant la fabrication, avant d'être retirés une fois l'objet terminé.

  • Post-traitement : Après la fabrication, des opérations de post-traitement, telles que le polissage, le sablage, la peinture ou le traitement thermique, peuvent être nécessaires pour améliorer la finition, les propriétés mécaniques ou l'apparence de la pièce.

  • Optimisation des Paramètres : Les paramètres du processus, tels que la vitesse de balayage laser, la température, la densité de la poudre, sont soigneusement optimisés pour chaque matériau et application spécifique afin d'obtenir les meilleures propriétés et performances de la pièce finale.

La fabrication additive : une révolution dans la production aéronautique

Face aux challenges du coût de fabrication, de sécurité, du temps, des conditions de travail en entreprise et des enjeux environnementaux, l'industrie se doit d'avoir recours à des techniques et systèmes efficaces. Les entreprises dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'aéronautique ont des obligations quant aux normes de sécurité de leurs produits. La rapidité du processus de production et l'amélioration de la gestion du développement des pièces propulsent l'industrie. Voici les avantages que représentent les techniques de fabrication additive pour les composants et produits du domaine aéronautique :

  • Construction de pièces à géométrie complexe : fabrication par impression 3D sans assemblage supplémentaire (pièces d'hélicoptères, moteurs à turbine, etc.)
  • Production optimisée avec une grande variété de matériaux.
  • Création de composants légers et résistants : pour palier aux dépenses en carburant, le poids est en moyenne réduit de 25% et la structure est plus fiable et résistante puisqu'il n'y a plus ou peu de fixations externes (vis, boulons...)
  • Conception & production rapides : le processus de design est plus fluide et la production nécéssite moins de stockage de matériel grâce à la fabrication de pièces et composants sur mesure.
  • Une réduction des coûts pour votre entreprise : contrairement aux techniques de fabrication soustractive, la fabrication additive génère un minimum de déchets et ne nécessite pas de moule par exemple.

De nombreux métiers sont concernés par la fabrication additive dans le domaine de l'aéronautique : directeur de production, résponsable bureau d'études, technicien d'études, ingénieur en conception, technicien d'impression 3D, technicien contrôleur qualité, spécialiste en maintenance, responsable en formation numérique et informatique, etc. De plus en plus d'étudiants en école d'ingénieur optent pour un parcours d'études en conception et fabrication informatique de produits de l'aéronautique et reçoivent une formation en entreprise qui leur permet souvent de s'instruire quant à l'adoption des techniques d'impression 3D et leurs usages dans cette industrie. 

Retrouvez ici le micro lanceur Zephyr de la société Latitude (une start-up du New Space Français), conçu avec NX de Siemens et accompagnée par JANUS Engineering. Son moteur, créé grâce à la technique d'impression 3D, est un exemple de ce dont l'industrie est capable en matière de fabrication additive de nos jours. 

 

Les défis et les innovations de l'impression 3D aéronautique

  • Le respect des exigences de sécurité strictes. La fabrication additive permet d'assurer la conformité des pièces aux normes réglementées par l’industrie.
     
  • Le processus de production étant accéléré, les utilisateurs du logiciel doivent recevoir une formation efficace aux outils et machines de conception et de fabrication afin d'assurer un usinage de qualité et une montée en compétences à la fois rapide & fiabale. Apprenez en plus sur l'importance de la formation en CAO et FAO.
     
  • Le processus de développement des pièces et produits doit rester rentable. 
     

Pour ces raisons, des certifications ont été mises en place comme gage de qualité des composants d'avion comme le moteur LEAP de CFM International par exemple. Depuis des années, des études sont constamment réalisées permettant un développement des outils qui rendent possible une fabrication rapide des composants d'avions. L'IA utilise désormais des programmes d'apprentissage machine pour générer une impression qui prend en compte les contraintes tout en laissant une place importante à la créativité en termes de design. La fabrication additive facilitée par l'adoption de logiciels de CAO perforlmants (comme NX CAD pour la fabrication additive) représente donc un tremplin pour l'industrie aéronautique. 

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