Au fil des ans, l'aérospatiale s'est avérée être l'une des applications d'impression 3D à la croissance la plus rapide dans le monde. Les variétés multiples, les petits lots et les structures complexes sont les caractéristiques uniques des produits de l'aérospatiale. Les besoins urgents d'un développement léger, peu coûteux et rapide sont hautement compatibles avec les caractéristiques de l'impression 3D, telles qu'un haut degré de liberté et un moulage rapide. Certains constructeurs d'avions peuvent même profiter du bref temps d'arrêt pour moderniser leurs avions, constituer des inventaires numériques pour entretenir les avions vieillissants et utiliser des techniques de fabrication avancées pour créer la prochaine génération d'avions. Par exemple, le gros porteur C919 de mon pays est conçu et produit à l'essai grâce à l'application d'un grand nombre de technologies d'impression 3D.
Examinons plus en détail pourquoi l'industrie aéronautique utilise l'impression 3D et voyons comment ces avantages communs peuvent être utilisés dans la production d'avions :
Intégration de pièces
Le point le plus faible d'un assemblage de pièces est l'endroit où il est assemblé. Dans le cas des aéronefs, une telle faiblesse pourrait devenir un point de défaillance critique, mettant en danger la vie humaine.
En incorporant plusieurs composants d'une pièce dans une seule construction imprimée en 3D, le nombre de points d'assemblage est nécessairement réduit. Les géométries uniques rendues possibles par l'impression 3D peuvent réduire ce qui aurait normalement des dizaines ou des centaines de pièces à quelques-unes ou à une seule pièce. En l'absence de soudure, de rivetage ou d'autres fixations nécessaires pour maintenir les pièces ensemble, non seulement l'assemblage est réduit, mais réduit également les points de défaillance potentiels.
Plus il y a de composants consolidés, plus les économies sont importantes. Si certaines pièces sont fixées après assemblage, cela peut être l'occasion d'intégrer la conception. La complexité est souvent gratuite dans la fabrication additive, et les pièces les plus abouties exploitent au maximum cet axiome. Les avantages de l'intégration des pièces comprennent principalement les éléments suivants :
Assemblage réduit : cela inclut la réduction de la main-d'œuvre, des stocks, des gabarits/outils et de l'empreinte de fabrication dédiée au produit final. Les inspections d'assemblage sont également réduites, ce qui réduit considérablement le risque d'erreurs d'assemblage.
Moins de points de défaillance : les coûts de maintenance à long terme sont réduits et le stock de pièces de rechange peut être réduit. Les remplacements de petits lots peuvent être effectués rapidement et à moindre coût si nécessaire.
Réduction des coûts d'exploitation : grâce à la fabrication additive, l'optimisation des pièces grâce à la liberté de conception améliore les performances du produit, permettant des améliorations telles que la réduction du poids des pièces et de meilleures performances thermiques.
Lpoids léger
Pour les équipements utilisés en vol, "les grammes sont de l'or", et chaque kilogramme de perte de poids peut faire économiser des centaines de milliers de yuans de coûts. Des composants plus légers signifient moins de carburant, ce qui réduit non seulement l'empreinte carbone du vol, mais également le coût du vol.
L'impression 3D continue d'innover sur la base des matériaux de fabrication traditionnels. Dans les mêmes pièces structurelles, des formulations de matériaux d'impression 3D avec de meilleures performances sont utilisées pour créer des pièces finales plus légères. Combiné à des structures légères telles que l'intégration de composants, l'optimisation de la topologie d'impression 3D et les structures en treillis, il est particulièrement bénéfique pour la conception légère des avions, ce qui les rend plus denses sur le plan fonctionnel.
Liberté de conception améliorée
De nombreuses personnes travaillant dans la fabrication additive aiment affirmer que la technologie offre une grande "liberté de conception" car pour la première fois, des géométries complexes qui ne peuvent pas être produites par d'autres procédés de fabrication peuvent être réalisées.
Dans le passé, les composants avec des conceptions très complexes étaient difficiles ou très coûteux à fabriquer, ou ne pouvaient pas être fabriqués du tout. À l'aide de procédés de fabrication additive, des pièces métalliques bidimensionnelles ou tridimensionnelles très complexes peuvent être produites de manière relativement simple, et c'est un moyen viable de former intégralement des composants structurels constitués de pièces solides et maillées.
Les méthodes de conception telles que l'optimisation de la topologie et la conception générative ont aidé efficacement l'impression 3D à développer de nouvelles formes auxquelles on n'avait jamais pensé auparavant. Ces conceptions complexes en treillis permettent non seulement d'économiser du poids en incorporant des matériaux uniquement là où c'est nécessaire, mais sont également souvent plus solides que les conceptions traditionnelles. Bien que certaines limitations existent toujours et puissent varier en fonction de la technique d'impression 3D et des matériaux utilisés, ces limitations sont à bien des égards beaucoup moins sévères que celles observées dans les processus de fabrication soustractifs traditionnels. De nouvelles pièces d'avion intérieures et extérieures peuvent être conçues pour remplacer les pièces d'origine vieillissantes, et des astuces de conception plus flexibles pour ajouter une fonctionnalité extrême.
Itération de prototypage rapide
Le nom de l'utilisation originale de l'impression 3D est le prototypage rapide. Des idées de croquis aux conceptions CAO en passant par les premiers prototypes, puis les deuxièmes, troisièmes et ainsi de suite, l'impression 3D accélère la mise sur le marché des nouveaux produits. Il faut environ six mois de la conception à la fabrication pour fabriquer des aubes de turbine avec la technologie traditionnelle, mais il faut environ six mois pour fabriquer un moule. Cependant, l'utilisation de la technologie d'impression 3D peut permettre une rotation et une itération rapides en quelques jours ou semaines.
Production en petits lots
Dans l'industrie aérospatiale, relativement peu d'avions sont produits en termes de production totale par rapport à la fabrication d'automobiles ou d'appareils électriques.
La production à grande valeur et à faible volume est bien adaptée à l'impression 3D. Alors que de nombreux processus de fabrication traditionnels nécessitent la fabrication d'outils et de moules coûteux, créant des économies d'échelle pour la production de masse, la fabrication additive élimine le besoin de moules. Une ou plusieurs pièces peuvent être fabriquées à la fois, y compris différentes conceptions sur la même plaque de construction, sans frais de moulage ou d'outillage supplémentaires.
Le point d'inflexion entre la fabrication additive et la fabrication traditionnelle nécessite généralement la fabrication de centaines ou de milliers de pièces jusqu'à ce que les technologies traditionnelles deviennent plus rentables, et bien que cela puisse finalement réduire le coût de chaque pièce moulée par injection à quelques centimes, ce n'est qu'à cette intersection point, l'impression 3D sera plus rentable. En particulier lors de l'utilisation de matériaux d'application de grande valeur, il est impératif d'économiser du matériau.
Dinventaire numérique
Lorsqu'un avion approche de la fin de sa durée de vie utile, il peut souvent être récupéré en remplaçant certaines pièces pour le maintenir en vol. La méthode conventionnelle consiste à utiliser des entrepôts physiques où les pièces de rechange sont stockées sur des étagères en cas de besoin. Dans la plupart des cas, ces pièces de rechange sont fabriquées en même temps que les pièces OEM d'origine produites en série et sont réservées aux besoins de remplacement des pièces usées. Mais si ce besoin ne se fait jamais sentir, ils gaspillent non seulement le temps et l'argent nécessaires à leur production, mais aussi des années d'attente sur les étagères. Pire encore, si la demande vient, les pièces de rechange sont en rupture de stock, en particulier celles qui sont hors production pour toujours - même une petite pièce manquante pourrait immobiliser l'avion.
Au lieu de placer physiquement des articles sur des étagères, l'approche d'inventaire numérique stocke des fichiers de conception qui peuvent être imprimés en 3D. Les pièces qui doivent être remplacées peuvent être fabriquées n'importe où et à tout moment en utilisant des techniques d'impression 3D appropriées, encore une fois sans qu'il soit nécessaire de produire au préalable des moules ou des outils coûteux. Plutôt que d'attendre que les équipementiers retardent, réduisant ainsi la pression sur l'inventaire physique, tout en prolongeant la durée de vie du vol, de sorte qu'il ne sera pas incapable de voler à cause d'une petite pièce.
Volez plus haut et plus loin avec l'impression 3D
La production d'avions, des prototypes aux pièces de rechange, bénéficie de plus en plus de l'utilisation de l'impression 3D dans la chaîne d'approvisionnement. La production décentralisée, les nouvelles possibilités de conception et les réductions de temps, de matériaux et de coûts offrent de nouvelles façons aux avions de continuer à voler haut.
Le processus de fabrication à valeur ajoutée remplace la fabrication traditionnelle, ce qui peut réduire les coûts de moulage et permettre une réduction des coûts et une augmentation de l'efficacité dans de nombreux aspects. Les matériaux d'impression 3D constituent la base matérielle du développement de la technologie d'impression 3D, et les métaux, la céramique et les matériaux composites sont des pistes émergentes dans le domaine de l'impression 3D. Selon les statistiques de l'industrie publiées par Wohlers Associates Inc, dans les industries d'application en aval de l'impression 3D, l'industrie automobile, l'électronique grand public et l'aérospatiale représentent la plus grande proportion, et les métaux, la céramique et les matériaux composites deviendront le "point de basculement" de Matériaux d'impression 3D.
Dans le cadre du plan "Made in China 2025", l'impression 3D est devenue la principale ligne de promotion de la fabrication intelligente de mon pays, et l'aérospatiale est l'un des domaines d'application importants de la fabrication additive. À l'heure actuelle, dans le domaine de l'aérospatiale au pays et à l'étranger, des avions à nombre de Mach élevé et à grande maniabilité émergent sans cesse et deviennent l'une des principales tendances de développement de la prochaine génération de véhicules aérospatiaux. Ses exigences de conception mettent en avant des exigences plus élevées pour les processus de conception et de fabrication. La plupart des composants ont les caractéristiques de grande taille, de forme complexe et de structures multiples. La technologie d'impression 3D présente de grands avantages dans la fabrication intégrée de pièces de grande taille, la fabrication de pièces structurelles de formes spéciales et complexes et la fabrication de pièces structurelles personnalisées en masse.
JR peut vous fournir la conception, le processus d'impression 3D, le post-traitement, le traitement CNC et d'autres services à guichet unique. À l'heure actuelle, il a coopéré avec de nombreux instituts de recherche scientifique, universités et entreprises dans le domaine des applications aérospatiales, et s'est engagé à fournir une solution globale pour l'impression 3D indirecte en métal avec une microstructure haute performance, légère et fine.