1. L'état actuel de l'application aéronautique de la technologie d'impression 3D métallique
La technologie d’impression 3D métal est largement appliquée dans l’industrie aéronautique pour produire des pièces importantes telles que des moteurs, des chambres de combustion et des aubes de turbine. Par exemple, le premier moteur à oxygène liquide et kérosène à pompe électrique à boulon d'aiguille fabriqué localement utilisant la technologie d'impression 3D est le moteur de fusée liquide "Thunder-5" de Deep Blue Aerospace. Son réglage de la plage de poussée est de 50 % -110 % ; sa poussée de vide maximale est de 50 kN. En outre, réduisant considérablement les coûts de fabrication et les délais de livraison, SpaceX a largement utilisé des pièces imprimées en 3D dans les moteurs de fusée Falcon 9 et SuperDraco, offrant une grande solidité, ductilité et résistance à la rupture.
2. Idée et avantages de la technologie d'impression multi-matériaux tridimensionnelle
La méthode de fabrication avancée connue sous le nom d’impression 3D multi-matériaux permet l’impression composite de plusieurs matériaux. Il permet l'intégration de plusieurs matériaux dans un seul composant, produisant ainsi des produits structurels complexes qui répondent à plusieurs objectifs et critères de performance et qui défient les techniques de fabrication conventionnelles. Cette technologie offre davantage de possibilités pour créer des composants fonctionnels particuliers offrant de meilleures performances.
La technologie d’impression 3D multi-matériaux se reflète principalement dans les fonctionnalités suivantes dans le domaine aérospatial :
Variabilité de conception : la technique de formage par empilement de l'impression 3D permet aux concepteurs de construire des formes géométriques complexes, augmentant ainsi leur flexibilité créative. Les concepteurs peuvent réaliser des combinaisons de plusieurs matériaux dans un même modèle en utilisant l'impression multi-matériaux pour satisfaire divers critères fonctionnels et de performance.
La technique d'impression 3D multi-matériaux peut accueillir des métaux réfractaires et des céramiques hautes performances, parmi d'autres matériaux en poudre métallique et céramique. Cela offre les moyens de créer des constructions composites métallo-céramique présentant des caractéristiques chimiques et physiques variées.
La technologie d’impression 3D multi-matériaux peut utiliser les avantages de la structure très complexe de l’impression 3D pour créer des matériaux composites et des éléments à structure complexe impossibles à produire par des moyens conventionnels.
La technologie d'impression 3D multi-matériaux peut fournir un moulage intégré de composants structurels bi-matériaux, évitant ainsi les problèmes résultant de l'assemblage multi-composants dans les processus conventionnels et contribuant ainsi à améliorer les performances générales et la fiabilité des structures bi-matériaux.
3. Cas d'application de la technologie d'impression 3D multi-matériaux dans le domaine aérospatial : composants de moteur Les composants de moteurs aérospatiaux, notamment les aubes de turbine, les chambres de combustion, etc., ont été produits efficacement à l'aide de technologies d'impression 3D métallique. L'impression multi-matériaux permet de réduire considérablement le poids tout en garantissant néanmoins la structure externe et la solidité générale, optimisant ainsi l'économie de carburant et les performances de l'avion. En utilisant la technologie de fabrication additive par dépôt d'énergie directionnel DED, la NASA, par exemple, a déposé des matériaux bimétalliques à l'extrémité arrière de la chambre en cuivre du GRCop-42, créant ainsi un joint axial en superalliages de fer et de nickel à haute résistance pour la tuyère de la chambre de poussée de la fusée, ainsi obtenir un refroidissement continu et résoudre certains défis de conception et problèmes d'interface dans la conception des connexions par boulons.
Des sociétés telles que Deep Blue Aerospace, SpaceX et Skyroot Aerospace ont produit efficacement des moteurs de fusée en utilisant des technologies d'impression 3D. Parmi ceux-ci, Dhawan-1, Skyroot Aerospace a lancé le premier moteur de fusée utilisant des injecteurs de carburant imprimés à 100 % en 3D et l'a testé avec succès sur son lanceur Vikram I. L'entreprise a réduit la qualité de son moteur de 50 % grâce à la technologie d'impression 3D, les composants nécessaires à sa construction de moitié et son délai de livraison de production de 80 %.
Le procédé PEP (Powder Extrusion) développé par Sublimation 3D est une technologie créative d'impression 3D indirecte métal/céramique qui ne peut plus se limiter à la fabrication d'un seul matériau et répond grandement aux besoins de produits d'impression composites complexes. Cette technologie permet l'impression composite de plusieurs matériaux en utilisant une imprimante 3D indépendante à double buse qui peut imprimer simultanément ou alternativement des matériaux métalliques et céramiques. Dans le développement et la fabrication rapides de multimatériaux métal/céramique, de matériaux composites métal/céramique et de leurs produits dans le secteur aérospatial, cette technologie trouve un potentiel d'application étendu.
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