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Airbus et Safran réunis autour d’un projet d’impression 3D hybride par dépôt d’énergie dirigé

Airbus et Safran réunis autour d'un projet d'impression 3D hybride par dépôt d'énergie dirigé

Plusieurs grands noms de l’aérospatial, dont Airbus et Safran Landing Systems, ont officialisé leur participation à un consortium dirigé par le National Manufacturing Institute Scotland (NMIS). Des partenaires de haut vol qui ont décidé de se réunir autour d’un projet ambitieux visant à améliorer considérablement la durabilité et réduire les coûts et délais de fabrication de composants critiques.

Pour y parvenir, le groupe travaille actuellement à la conception d’un nouveau processus hybride mêlant la fabrication additive DED, le forgeage et le formage. Financé par l’Aerospace Technology Institute (ATI) et soutenu par la High Value Manufacturing Catapult, le projet baptisé « Hybrid Direct Energy Deposition (DED) Sprint » compte parmi ses partenaires la NMIS Digital Factory, l’université de Cranfield et le Northern Ireland Technology Centre (NITC), basé à l’université Queen’s de Belfast, ainsi qu’un groupe de pilotage industriel composé de 13 entreprises.

Traditionnellement, les pièces clés de l’aérospatiale, comme le train d’atterrissage d’un avion par exemple, sont forgées puis usinées. L’utilisation d’une approche de fabrication hybride DED pourrait donc permettre réduire les besoins en outillage, en forgeage et en usinage. L’idée étant de combiner les faibles coûts de forgeage avec le débit élevé de formage, et d’ajouter la capacité à produire des géométries complexes de l’impression 3D avec un minimum de déchets de matériaux.

Pour bien comprendre le choix du consortium, rappelons que le DED est une méthode de fabrication additive métallique qui s’appuie sur un flux d’énergie focalisée (soit un faisceau d’électrons soit un faisceau laser) pour faire fondre les matériaux au moment du dépôt. Les matières premières qui se présentent sous la forme de poudres (voir technologie CLAD ci-dessous) ou de fils métalliques (correspondant au procédé WAAM) sont le plus souvent déposées par une buse montée sur un bras robotique 5 axes. Il en résulte notamment une plus grande liberté de formes.

« Ce projet a un réel potentiel pour offrir des voies de fabrication alternatives plus efficaces aux entreprises aérospatiales »

Exemple de DED : la technologie CLAD® (Construction Laser Additive Directe) développée par l’alsacien BEAM racheté par AddUp

L’autre l’intérêt du DED comparé aux procédés par fusion laser sur lit de poudre, est qu’il est capable d’ajouter de nouvelles fonctionnalités sur des pièces existantes. Il offre aussi la possibilité de réparer des pièces usées ou endommagées. Sa grande vitesse de fabrication et sa capacité à réaliser des pièces de plus grande dimensions, expliquent certainement aussi le choix du consortium. Une stratégie qui n’est pas d’ailleurs pas sans faire échos à la récente commande de TAI, une entreprise aérospatiale turque qui a fait l’acquisition d’une imprimante 3D grand format de type DED.

Selon une étude du fabricant américain Optomec, la fabrication par dépôt d’énergie dirigé (ou sous énergie concentrée) (Direct Energy Deposition, DED) serait 10 fois plus rapide et 5 fois moins chère que le Powder Bed Fusion (PBF) pour la construction de pièces métalliques de taille moyenne. Un débit qui bien sûr n’offre pas que des avantages. L’état de surface étant de moins bonne qualité, les impressions nécessitent un post-traitement plus important. Une étape d’usinage est nécessaire pour finir les pièces. Ce qui explique aussi l’intérêt du consortium pour une technologie hybride. L’autre avantage enfin du procédé DED, réside dans sa compatibilité matériaux. Contrairement  aux techniques sur lit de poudre qui nécessitent l’utilisation de poudres très onéreuses, cette approche permet de travailler des matériaux de soudabilité beaucoup plus abordables.

Stephen Fitzpatrick, responsable de la fabrication additive et de l’usinage chez NMIS, commente : « Ce projet a un réel potentiel pour offrir des voies de fabrication alternatives plus efficaces aux entreprises aérospatiales et permettra des moteurs clés de l’industrie tels que la réduction des émissions intrinsèques, la remise à neuf et des chaînes d’approvisionnement plus résilientes.

On apprend que les deux premières phases du projet, menées par le NMIS, qui est géré par l’Université de Strathclyde, et l’Université de Cranfield sont déjà en cours. Les premiers composants de démonstration devraient être livrés plus tard cette année. La troisième phase, dirigée par le NITC de l’université Queen’s de Belfast, se concentrera sur l’usinage PKM, tandis que la phase finale de validation du concept comparera les méthodes de fabrication traditionnelles et alternatives.

Le NMIS, l’université de Cranfield et le NITC travaillent en étroite collaboration avec le groupe de pilotage pour s’assurer que les résultats attendus du projet sont conformes aux exigences de l’industrie, le but étant de réduire les contraintes liées aux étapes futures telles que la qualification et la certification des composants Hybrid DED.

Alexandre Moussion