La fabrication additive dans l'aéronautique

Qu’est-ce que la fabrication additive industrielle ?

La fabrication additive est une technique permettant de reconstituer en 3D un modèle numérique par dépôts successifs de matière. Cet empilement de couches peut être constitué de différents matériaux : alliages métalliques, polymères, céramiques, bois, composites, etc.

Les matériaux pour la fabrication additive aéronautique

Dans l'industrie aéronautique, certains matériaux sont recherchés pour leurs propriétés structurales. Si tous ne sont pas compatibles avec la fabrication additive, les alliages métalliques de type Inconel ou titane sont déjà utilisés pour fabriquer des pièces de structure ou de motorisation. Par ailleurs, concernant la fabrication additive à base de polymères, seuls les plastiques haute performance de type PEEK, PEKK et PEI répondent aux exigences aéronautiques, pour les éléments non structuraux.

La fabrication additive métallique SLM

Le procédé de Fusion Sélective par Laser permet de produire des pièces métalliques à partir d’un laser et de poudres d’alliage. Dans l'aéronautique, le SLM est très utilisé pour la fabrication de pièces à géométrie complexe qui sont difficilement usinables.

Ainsi, le SLM a été utilisé pour la production des injecteurs de carburant des moteurs Arrano équipant des hélicoptères comme le H160. Grâce à ce procédé, il a été possible de passer d’un assemblage de 12 pièces à un système monobloc contenant des formes irréalisables auparavant par les procédés conventionnels.

La technologie de fabrication WAAM

Les procédés de fabrication additive métallique sont nombreux. Contrairement au SLM qui nécessite des poudres et un laser, la technologie WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) ou fabrication additive par dépôt de fil fondu, utilise un arc électrique pour fondre un fil métallique. Cette technique proche du soudage permet ainsi de réaliser des pièces en titane, aluminium et superalliage.

À titre d’exemple, l'entreprise française STELIA Aerospace a eu recours au WAAM pour la création d’un design disruptif de panneaux de fuselage. Les raidisseurs en aluminium sont ainsi directement intégrés aux panneaux par fabrication additive sans qu’il soit nécessaire de les fixer par soudure ou assemblage.

Alléger les avions

Les questions de poids sont cruciales dans l'aéronautique, car plus un avion est lourd, plus il nécessite de puissance pour voler et plus sa consommation de carburant est forte. Les structures sont donc allégées au maximum et la fabrication additive permet de concevoir des sièges ainsi que des éléments optimisés, jusqu’à 50% plus légers parfois et utilisant des quantités de matériaux minimales.

Lutter contre la raréfaction des matériaux

On utilise désormais la fabrication additive métallique pour concevoir les brackets des moteurs Genx-2B. La fabrication additive permet ainsi de produire des pièces en alliage cobalt-chrome 10% plus légères et de réduire de 90% la production de déchets métalliques. Cette diminution de la quantité de matière utilisée est un enjeu stratégique, car l’industrie est fréquemment exposée au risque de raréfaction des métaux, la production de chrome étant par exemple concentrée en Afrique du Sud, au Kazakhstan et en Chine.

Économiser du temps et réduire les coûts

D’autres fabricants se tournent vers les technologies de fabrication additive, en remplacement du CNC pour le prototypage rapide. Ceci leur permet de développer des prototypes fonctionnels en seulement 2 jours, ce qui représente une diminution de 95% au niveau des délais, pour une économie de 40% en ce qui concerne les coûts.