L’impression 3D métallique a-t-elle été appliquée aux moules aérospatiaux ?

1. Adaptabilité technologique : surmonter les barrières physiques et financières de la production conventionnelle
Les moules pour l'aérospatiale doivent présenter des conceptions de canaux complexes, un traitement de surface de haute-précision, des structures légères et la capacité de résister à des conditions difficiles. La technologie d’impression 3D métal répond à tous ces besoins avec les fonctionnalités suivantes :
Conception d'un canal de refroidissement adapté
Le système de refroidissement du moule typique utilise une technologie de perçage, mais elle est limitée par la structure du moule. Cela peut entraîner des problèmes de refroidissement inégal pouvant entraîner des points chauds. L'impression 3D métallique peut adhérer aux cavités des moules en utilisant l'optimisation de la topologie pour construire des canaux de refroidissement de n'importe quelle forme. Par exemple, Platinum Technology a fabriqué un moule de tube coudé d'allumage pour Blue Arrow Aerospace qui utilise une voie d'eau conforme pour réduire le cycle de moulage par injection de 35 %. Le taux de certification des produits est passé de 85 % à 96 %. Ce type de technique peut réduire considérablement la concentration de contraintes thermiques dans les moules pour pales de moteurs d’avion et prolonger la durée de vie du moule.
Surface de haute-précision et intégration fonctionnelle
Les moules aérospatiaux nécessitent des surfaces très lisses, et l'impression 3D métallique peut obtenir des surfaces avec une rugosité Ra inférieure ou égale à 0,8 μm en modifiant la puissance du laser, la méthode de numérisation et les propriétés de la poudre. Par exemple, le moule de l'articulation de la hanche en alliage de titane fabriqué par l'imprimante Platinum A160 présente une structure microporeuse en surface (avec une porosité de 60 % à 80 %) qui répond immédiatement aux normes de biocompatibilité, il n'est donc pas nécessaire de polir après l'impression. De plus, l’impression 3D métal peut imprimer avec plusieurs matériaux à la fois. Par exemple, Laser Luminescence a fabriqué un moule à chambre de poussée multi-matériaux en alliage de cuivre -haute température- qui ajoute une couche de renfort GH4169 à la surface du substrat de cuivre à l'aide de la technologie de revêtement laser. Cela équilibre la conductivité thermique et la résistance structurelle.
Optimisation de la légèreté et de la topologie
Pour économiser de l'énergie et rendre le transport plus efficace, les moules aérospatiaux doivent être aussi légers que possible tout en restant solides. Les architectures de treillis biomimétiques et le renforcement des parois fines-peuvent permettre à l'impression 3D métallique d'économiser plus de 30 % de son poids. Par exemple, Platinum Technology a créé un moule d’impression 3D pour une certaine construction de satellite utilisant une conception en treillis. Cette conception réduit le poids de 40 % tout en restant solide. Il a été utilisé avec succès sur le plus grand projet de satellite d’impression 3D de Chine dans l’espace.
Effectuer rapidement des modifications et des petits lots
La fabrication traditionnelle de moules prend plusieurs mois pour ouvrir un moule, tandis que l'impression 3D métallique peut rapidement changer de modèle de moule grâce à l'option « impression en un clic ». Ceci est important pour les produits aérospatiaux car ils ont un cycle d’itération court. Par exemple, l’équipement d’impression 3D du Wisconsin peut imprimer avec plusieurs lasers en même temps. Elle permet de fabriquer 200 pièces par jour et coûte 40 % de moins par pièce que les méthodes traditionnelles. Cela accélère considérablement le cycle de recherche et de développement de nouveaux moteurs de fusée.
2. Cas d'utilisation courants : couvrant tout, des composants clés à l'ensemble de la chaîne industrielle
La technologie d'impression 3D métal a fait son chemin dans de nombreux domaines importants des moules aérospatiaux, créant une solution de processus complète depuis la vérification de la conception jusqu'à la production de masse :
Moule pour pièces de moteur
L’impression 3D métal est souvent utilisée pour fabriquer des moules pour des pièces essentielles telles que les aubes de turbine et les chambres de combustion des moteurs d’avion. Le moule de tube coudé d'allumage du moteur YF-75DA, créé par Platinum et Blue Arrow Aerospace en collaboration, réduit le risque de fissuration associé aux méthodes de soudage standard en utilisant un formage intégré. Cela permet au moule de durer plus de 50 % plus longtemps. GE Aviation utilise également l'impression 3D métallique pour fabriquer des moules pour les injecteurs de carburant, ce qui réduit les délais de livraison de moitié et les coûts de 30 %.
Moule pour pièces structurelles d'engin spatial
La fabrication de moules pour de grandes pièces structurelles telles que des satellites et des sections de fusée nécessite des matériaux très solides et de taille précise. L'équipement laser LiM-X650 a imprimé le moule pour une certaine zone du compartiment de la fusée. Il est composé d'un alliage d'aluminium solide et léger. L'optimisation de la topologie améliore les performances structurelles et la structure de treillis locale est développée pour éliminer les pièces supplémentaires et répondre aux critères de légèreté. Le moule a été utilisé avec succès pour fabriquer le deuxième étage du noyau de la fusée Chang Ba Jia, ce qui a considérablement accéléré le processus de production.
Moule pour échange thermique et perte de chaleur
Les équipements aérospatiaux fonctionnent dans des conditions très difficiles et les moules de dissipation thermique sont soumis à des normes de performance très strictes. Le moule à ailettes de dissipation thermique en cuivre pur fabriqué par Platinum Technology a une épaisseur dégradée de 0,5 mm à 1 mm. Ceci, associé à la conductivité thermique élevée du cuivre pur, le rend 40 % plus efficace pour dissiper la chaleur que les moules classiques. Les gens ont beaucoup utilisé ce type de moule dans des endroits comme les chambres de poussée des moteurs de fusée et les systèmes de contrôle thermique des satellites.
Réparation et remise à neuf de moules
Il est très coûteux de réparer l’usure des moisissures ou les fissures sur les équipements aérospatiaux après une longue utilisation. Grâce à l'ingénierie inverse, l'impression 3D métallique peut rapidement réaliser des copies des cavités du moule. Il peut également réparer les dommages locaux grâce à la technique d’impression par greffage. Par exemple, le système de greffage automatique pour pièces du système Platinum a une précision de greffage de 0,05 mm, ce qui réduit de moitié les coûts de réparation par rapport aux méthodes précédentes et accélère les cycles de réparation de 70 %.
3. Créer un écosystème industriel : des grandes avancées technologiques aux grands usages
L’utilisation généralisée de l’impression 3D métal dans le secteur des moules aérospatiaux est le résultat de nouvelles idées venant à la fois du haut et du bas de la chaîne industrielle.
De nouvelles idées d'outils et de matériaux
Bolite et Huashu High Tech sont deux sociétés nationales qui ont lancé plusieurs imprimantes 3D métalliques de qualité industrielle- capables de créer d'énormes objets multi-matériaux et de haute-précision. Par exemple, la Platinum BLT-S1500 comprend un système de numérisation synchrone à 26-lasers qui peut imprimer 10 fois plus rapidement qu'un équipement laser unique-standard et fabriquer des pièces aérospatiales d'un diamètre de 1,5 mètre. Xi'an Sailong Metal a fabriqué une poudre d'alliage de titane sphérique qui est 30 % plus fluide, ce qui signifie qu'elle peut être imprimée avec plus de précision. L'équipement MT800H d'AVIC Maite peut imprimer des alliages haute température à base de nickel- pour répondre aux besoins des composants chauds des moteurs.
Établir des normes et optimiser les processus
Le secteur aérospatial a des critères très élevés en matière de qualité des moules et doit établir des directives strictes sur la manière dont les processus sont exécutés. Par exemple, la bibliothèque de processus intelligents de Platinum Technology combine plus de 100 000 ensembles de paramètres de matériaux et permet de trouver facilement la meilleure solution d'impression en un seul clic. La solution d'impression 3D métallique de qualité industrielle-créée par Huashu High Tech et Siemens utilise une analyse de couplage de champ multi-physique pour trouver le meilleur chemin d'impression et réduire le risque de déformation. En outre, les entreprises américaines participent activement à la création de normes internationales telles que ISO/ASTM, qui encouragent l’utilisation de la technologie de manière standardisée.
De nouvelles façons de fournir des services
Les entreprises d’impression 3D métal passent du statut de « fournisseurs d’équipements » à celui de « prestataires de services tout au long du cycle de vie ». Par exemple, Bolite utilise une plateforme IoT pour avertir les clients des problèmes d'équipement, les diagnostiquer à distance et leur envoyer des pièces. Leurs clients viennent d’industries comme l’aérospatiale et la construction automobile. Huashu High Tech a créé un modèle de livraison-en-"matériel+logiciel+services" pour aider les clients à surmonter les défis techniques.