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Fabrication additive et aéronautique : 10 exemples concrets de pièces certifiées

10 exemples concrets de pièces imprimées en 3D certifiées pour l'aéronautique

Avec environ 15% de son chiffre d’affaires consacré à la R&D, l’industrie aéronautique (et spatiale) compte parmi les industries les plus en pointe en matière d’innovation. Reconnu pour son appétit technologique, ce secteur est l’un des premiers à avoir adopté la fabrication additive et même développé ses propres systèmes. Longtemps employée comme une technologie de prototypage, l’impression 3D se retrouve aujourd’hui dans des pièces structurelles et non structurelles d’avions. De l’intégration de formes complexes à la réduction du poids des pièces permettant de faire des économies de carburant, l’industrie aéronautique a compris l’intérêt de l’impression 3D pour répondre à ses objectifs financiers et écologiques.

Si la certification des produits, tout comme la qualification et la normalisation constituent un défi de taille pour la fabrication additive dans se secteur, des centaines de milliers de pièces 3D certifiées volent d’ores et déjà sur des aéronefs commerciaux et militaires. Selon un rapport du cabinet Market Research Future, le nombre d’entreprises et de fournisseurs certifiés pour la fabrication additive dans l’aéronautique et le spatial aurait même crû de 23 % entre 2017 et 2018, une progression qui devrait rester au dessus de 20 % par an jusqu’en 2023. Pour comprendre l’impact de cette technologie sur cette industrie et ses bénéfices, Primante3D a listé 10 pièces imprimées en 3D certifiées pour l’aéronautique.

Clôture de bout d’aile

Pièce de vol imprimée en 3D et certifiée pour l’A320ceo (crédits photo : Airbus)

Pièce de vol imprimée en 3D et certifiée pour l’A320ceo (crédits photo : Airbus)

Pas plus tard qu’en novembre dernier, Satair, filiale d’Airbus et distributeur de pièces aéronautiques, est parvenue à fournir à l’un de ses clients une pièce d’aile d’avion certifiée et imprimée en métal. Présentée comme sa première pièce de rechange en métal certifiée et imprimée en 3D, cet élément correspond à l’ailette située au bout des ailes d’un avion. En se conformant bien sûr aux mêmes normes de haute qualité garanties par la certification EASA Form 1, la filiale d’Airbus estime avoir réduit ses coûts de 45 % grâce à la fabrication additive.

Boeing : le moteur GE9X et ses 300 pièces imprimées

Aubes de turbine du puissant moteur à réaction GE9X

Aubes de turbine du puissant moteur à réaction GE9X (crédits photo GE Aviation)

Avion de tous les superlatifs, le plus gros au monde pour un appareil commercial, le 777X est propulsé par des moteurs composés de plus de 300 pièces imprimées en 3D. La FAA (Federal Aviation Administration) qui est l’agence gouvernementale chargée des réglementations et des contrôles concernant l’aviation civile aux États-Unis, a certifié son GE9X, le plus gros moteur à réaction commercial jamais construit. Au total ce sont exactement 304 pièces, dont 7 différentes, qui ont été produites de manière additive pour ce moteur. Les éléments concernés sont des composants composites à matrice céramique (CMC), d’injecteurs et de mélangeurs de carburant, de capteurs de température mais aussi des pièces plus grandes, comme des aubes de turbine basse pression, des échangeurs de chaleur et des séparateurs. Boeing revendique à ce jour plus de 60 000 pièces qui ont déjà été imprimées et utilisées en vol sur 16 modèles d’avions commerciaux et militaires.

Etihad Airways : Des cadres d’écran vidéo

Il y a 4 ans la compagnie aérienne Etihad Airways officialisait ce qu’elle revendiquait comme la première pièce imprimée en 3D et certifiée pour intérieur d’avion. Une étroite collaboration avec Siemens et le spécialiste des aérostructures Strata Manufacturing PJSC, a permis la fabrication additive de cadres plastiques entourant les écrans vidéos des cabines d’avions. Tandis qu’Etihad Airways Engineering était en charge de la conception et la certification des pièces imprimées en 3D, et Siemens des essais, Strata Manufacturing PJSC à quant à lui imprimé les pièces dans son usine d’Al Ain. C’est la GCAA, l’Autorité générale de l’aviation civile des EAU qui a validé l’ensemble du processus.

Boîtier T25

C’est en avril 2015, que la FAA (US Federal Aviation Administration) a autorisé à voler la première pièce imprimée en 3D de GE. La fabrication additive avait alors été employée pour réaliser une enveloppe de capteur de température et de pression « T25 » qui équipe les moteurs GE90 sur Boeing 777. Imprimé par fusion laser à partir d’un alliage de cobalt-chrome, le nouveau design du boîtier permet de mieux protéger l’électronique du capteur de température du givrage et des flux d’air à l’intérieur du moteur. La certification signifie que cette pièce peut être montée sur tous les moteurs à réaction commerciaux de GE.

GE et ses injecteurs de carburant

Injecteur de carburant du moteur GE9X imprimé en une seule pièce

Injecteur de carburant du moteur GE9X imprimé en une seule pièce

Fortement engagée en fabrication additive depuis le rachat de quatre entreprises spécialisées, General Electric a commencé en 2015 à produire des injecteurs de fuel imprimés en 3D dans son usine d’Alburn en Alabama. Chargé de mélanger l’air et le kérosène dans le cœur du turboréacteur, ces pièces hautement critiques jouent un rôle crucial dans les performances d’un moteur. Combinée à l’optimisation topologique, la fabrication additive a permis de réaliser une pièce 5 fois plus durable qu’une pièce produite de manière traditionnelle et 25% plus légère. De plus, l’injecteur est fabriqué en seule fois contre 18 auparavant. À raison de 19 injecteurs par moteur, GE prévoit de produire plus de 45 000 injecteurs de carburant par an de manière additive.

Un module de rideau

On se souvient qu’en 2019, l’allemand Diehl Aviation avait livré la plus grande pièce imprimée en 3D pour un avion commercial. Il s’agissait d’un module de rideau servant à séparer les classes de sièges, et pouvant mesurer jusqu’à 1140 x 720 x 240 mm. De la conception à la livraison, en passant par la qualification, la pièce avait nécessité en tout 12 mois de développement. Parfaitement certifiée pour équiper les avions – en l’occurrence l’A350 XWB – la pièce polymère a été imprimée sur une résine ULTEM™ 9085 à l’aide du système FDM F900 de Stratasys. A l’origine, le module en question était fabriqué selon une technique complexe de laminage polyester avec fibres de verre.

Un groupe de lubrification

Groupe de lubrification du moteur LEAP imprimé dans un alliage d'aluminium

Groupe de lubrification du moteur LEAP imprimé dans un alliage d’aluminium (crédits photo Safran)

En juin 2019, c’est la société liégeoise Safran Aero Boosters, filiale du groupe français Safran, qui avait obtenu la certification d’une pièce de réacteur civil réalisée par impression 3D métal. Validée par les autorités de navigabilité de l’aviation civile européenne (l’EASA) et américaine (la FAA), la pièce en question est un groupe de lubrification équipé d’un carter d’huile installé sur un moteur de type LEAP-1A. Plusieurs Airbus A320neo volent actuellement avec cette pièce. Il a fallu moins d’un an et demi aux équipes de Recherche et Technologies de Safran Aero Boosters, pour créer un design adapté aux contraintes de l’impression 3D et la réalisation de 14 pièces éligibles aux essais de certification et de maturation technologique. Habituellement réalisé en fonderie, le carter a été imprimé selon un procédé par fusion laser dans le même alliage d’aluminium.

Un distributeur de turbine

Distributeur de turbine d'un eAPU6

Distributeur de turbine d’un eAPU60 (crédits photo Safran Power Units – Astrid Desclos)

2017 marque un cap important pour Safran Power Units en matière de fabrication additive. C’est cette année là que la filiale de Safran Helicopter Engines, a obtenu la première certification de l’Agence Européenne de la Sécurité Aérienne (EASA) d’une pièce majeure de groupe auxiliaire de puissance (APU) réalisée de manière additive. La pièce, un distributeur de turbine de l’eAPU60 destiné à équiper l’hélicoptère AW189, a été imprimée par fusion laser sur lit de poudre métallique à base d’hastelloy X. A l’origine usinée à partir d’une fonderie en inconel en huit composants, la pièce n’en compte plus que 4. Elle est aussi 35 % légère.

Airbus : des séparateurs de cabines

C’est en 2018 que le géant de l’aéronautique Airbus a installé ses premières pièces imprimées en 3D visibles de passagers : des panneaux situés le long des coffres à bagages. Réalisés en partenariat avec Matérialise, fournisseur belge de services et de logiciels de fabrication additive, ces panneaux de cabine ignifuges, sont aussi les premières pièces dotées d’un design certifié entièrement bionique. Les structures internes en forme de treillis ont offert un gain de poids de 15 %.

Pièce de mat réacteur

Deux ans après la réalisation d’une cloison imprimée en titane pour l’Airbus A320 en 2015, Airbus a installé une pièce métallique imprimée en 3D sur l’un de ses appareils de série : l’A350 XWB. La pièce en question est un support mesurant 155 x 74 x 65 mm situé sur le mat réacteur, composant reliant le réacteur à la voilure. Réalisée par l’usine Airbus de Saint-Eloi, la pièce a été imprimée sur une poudre de titane à partir de la technologie Electron Beam Melting (EBM) sur une machine Arcam. En 2019, Airbus totalisait déjà plus 70 000 pièces réalisées par fabrication additive embarquées sur ses aéronefs, pour un peu plus d’une centaine de références.

Alexandre Moussion