Le secteur aérospatial se développe rapidement dans notre période de progrès technologique rapide, et les critères de précision et de performance de fabrication ne cessent de croître. Face à des structures complexes et à des exigences de haute précision pour les composants d’avions, les techniques de production traditionnelles ont parfois du mal à atteindre des résultats optimaux. L’introduction de la technologie d’impression 3D métal a fondamentalement modifié la fabrication aéronautique, améliorant considérablement la précision de la fabrication et favorisant le développement de l’industrie créative.
L'impression 3D métallique, parfois appelée fabrication additive métallique, est une technique par laquelle des objets tridimensionnels sont créés par empilement couche par couche de poudres ou de fils métalliques. Il fait fondre la poudre de métal sous un contour de modèle prédéfini à l'aide de sources d'énergie telles que des lasers ou des faisceaux d'électrons, créant ainsi une couche solide de métal. La plate-forme de production tombe ensuite d'une couche, dépose de la poudre de métal fraîche et continue de répéter la procédure susmentionnée jusqu'à ce que l'ensemble soit construit. Cette technique de fabrication additive « from scratch » augmente considérablement la précision de fabrication, permet une fabrication directe de composants structurels difficiles et s'affranchit totalement des restrictions des moules conventionnels.
La technologie d’impression 3D métal trouve initialement son expression dans l’industrie aéronautique, dans la fabrication de composants de moteurs. Les performances des moteurs d’avion influencent directement les performances générales de l’avion puisqu’ils en constituent la composante fondamentale. Non seulement fastidieuse et exigeante en main-d'œuvre, mais également difficile à garantir la précision de la production, la technique conventionnelle de fabrication de moteurs nécessite de nombreuses opérations d'usinage et d'assemblage de précision. La technologie d’impression 3D métal a considérablement raccourci ces processus à forte intensité de main d’œuvre. La technologie d’impression 3D métallique peut produire directement des composants de moteur dotés de structures complexes, tels que des injecteurs de carburant, des aubes de turbine basse pression, etc., par fusion exacte et empilement couche par couche de poudres métalliques. Ces pièces doivent résister à des températures et des pressions assez élevées en plus d'être difficiles à concevoir. Grâce à une conception idéale et au choix des matériaux, la technologie d’impression 3D métal a non seulement permis une production exacte de ces composants, mais a également considérablement amélioré leur résistance et leur endurance. Par exemple, tout en conservant un excellent rapport résistance/poids, les aubes de turbine basse pression composées d'alliage TiAl sont environ 50 % plus légères que les alliages haute température conventionnels à base de nickel, réduisant ainsi le poids de l'ensemble de la turbine basse pression.
Outre les pièces de moteur, une autre utilisation cruciale de la technologie d’impression 3D métal dans le secteur aérospatial est la conception légère. L'amélioration des performances de l'avion dépend principalement du poids, c'est pourquoi la technologie d'impression 3D métal permet d'obtenir une conception légère grâce à la conception structurelle et au choix des matériaux des composants. Pour le moteur GE9X, par exemple, la technologie d'impression 3D a permis d'optimiser les 163 composants d'origine de l'échangeur de chaleur en un seul composant intégré, réduisant ainsi le poids de 40 %, les coûts de fabrication de 25 % et prolongeant la durée de vie. En plus de réduire le poids total de l'avion, cette architecture légère augmente l'économie de carburant et réduit les émissions de carbone.
Le grand degré de personnalisation et d’efficacité de la technologie d’impression 3D métal dans l’ingénierie aérospatiale ajoute encore un autre avantage important. Alors que l'impression 3D métal peut imprimer directement la forme nécessaire sur la base de modèles CAO sans traitement supplémentaire, les techniques de fabrication traditionnelles nécessitent un grand nombre de moules et de montages pour la fabrication des composants. La personnalisation est simple avec cette technique de fabrication « en tête-à-tête ». La production de masse et les pièces individuelles peuvent être terminées rapidement au même coût. De plus, l’impression 3D métal réduit considérablement le cycle de production des composants. Alors que l’impression 3D métallique peut être réalisée en quelques heures, voire quelques minutes, la fabrication d’un composant complexe par des techniques conventionnelles peut prendre des semaines, voire des mois. En plus d’augmenter l’efficacité de la production, cette technique de fabrication efficace accélère l’introduction de nouveaux produits, permettant ainsi aux entreprises de gagner un temps considérable.
L’amélioration de la précision de la technologie d’impression 3D métallique dans la production aéronautique se manifeste également dans la fabrication de composants structurels complexes. Certains composants d’avions ont des exigences de complexité et de précision assez élevées, que les techniques de fabrication conventionnelles ont parfois du mal à atteindre. Création directe de ces composants structurels complexes et résultats de fabrication garantis de haute précision grâce aux technologies d’impression 3D métal. Pour la production de moteurs de fusée, par exemple, la technologie d’impression 3D métallique peut générer des composants dotés de canaux de refroidissement complexes, difficiles à obtenir avec les techniques de fabrication conventionnelles. Grâce à la technologie d'impression 3D métallique, la fusion et l'accumulation de chaque couche de poudre métallique peuvent être régulées avec précision, permettant ainsi la fabrication exacte de constructions complexes.
Néanmoins, l’utilisation de la technologie d’impression 3D métal dans l’industrie aérospatiale présente également certaines difficultés. Par exemple, le coût et l’investissement des équipements d’impression 3D métal sont plutôt élevés ; des recherches et des solutions supplémentaires sont nécessaires pour résoudre les problèmes, notamment les contraintes thermiques et les contraintes résiduelles dans le processus d'impression 3D métallique ; la préparation et le stockage des poudres métalliques nécessitent un contrôle strict des conditions. Pourtant, avec ses avantages et ses possibilités particulières, la technologie d’impression 3D métal devient de plus en plus importante dans la fabrication aérospatiale.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-piston-in-the-engine.html