Magazine Lundi 6 janvier 2020 - 17:31

Les aubes de turbine du turboréacteur GE9X en fabrication additive

Partagez cette news :

fabrication-additive-aubes-turbine-turboreacteur-ge9x

En mars 2018, le turboréacteur GE9X, spécialement développé pour la nouvelle génération 777X de Boeing, a été testé pour la première fois sur un banc d’essai en vol. Celui-ci illustre une production réussie d’aubes de turbine par fabrication additive au sein de l’usine d’Avio Aero à Cameri, en Italie.

GE Aviation a fait le pari de la fabrication additive et de l’impression 3D pour faire progresser l’industrie aéronautique. Le célèbre injecteur de carburant imprimé en 3D et conçu au sein de l'Additive Technology Center à Cincinnati, aux États-Unis – souvent présenté dans A3DM Magazine – en est une illustration parfaite. Ce succès sert d’exemple quant à la valeur ajoutée que l’impression 3D peut apporter dans des processus de fabrication spécifiques. 

Image
fabrication-additive-injecteur-carburant-ge

Le célèbre injecteur de carburant de GE Aviation est imprimé en une seule pièce ; il est 25 % plus léger et cinq fois plus résistant.

Rendons-nous dans un petit village en Italie, où la synergie des industriels Avio Aero (une entreprise rachetée par GE Aviation en 2013), Arcam (rachetée par GE en 2016), Boeing et Materialise a abouti à la conception des aubes de turbine du puissant moteur à réaction GE9X.

Production et industrialisation

Le moteur à réaction GE9X devrait être un bel exemple d’application de la fabrication additive. D’une taille de 3,3 m de diamètre, celui-ci est composé de six pièces différentes imprimées en 3D, notamment les aubes de la turbine basse pression, fabriquées en alliage de titane et d’aluminium (alliages à base de TiAl) sur le site d’Avio Aero à Cameri, en Italie, un centre spécialisé dans la fabrication additive EBM (fusion par faisceau d’électrons). Ces aubes tournent à l’intérieur du moteur à une vitesse de 2 500 tours par minute, en supportant des conditions extrêmes de chaleur et de forces. La fabrication additive, dans ce cas, a permis de répondre à toutes les exigences techniques, mais également de rendre le processus de production plus propre (10 % d’économie de carburant, selon GE Aviation) et plus économique que les méthodes traditionnelles de moulage, utilisées généralement pour produire ces pièces. Les alliages à base de TiAl utilisés dans cette application sont également appréciés pour leur solidité et leur résistance à la chaleur, mais aussi pour leur légèreté par rapport à d’autres métaux traditionnellement employés dans l'aviation.

Image
impression_3D-aubes-turbine-ge9

Les industriels Avio Aero, Arcam, Boeing et Materialise se sont unis pour concevoir les aubes de turbine du puissant moteur à réaction GE9X.

Si l’impression des aubes n’a pas été aussi simple que nous le présentons sur le papier, la réussite de ce projet amène toutefois Avio Aero à envisager une production de 60 000 aubes par an, en 2022 et 2023. Pour cela, il va falloir imprimer ces pièces à l’échelle industrielle, tout en répondant aux normes de l’industrie aéronautique et en assurant le rendement industriel en environnement de production. En gardant cet objectif à l’esprit, Avio Aero a prévu d’investir dans une dizaine de nouvelles machines de fusion par faisceau d’électrons Arcam EBM supplémentaires. « Grâce à l’extension et à ces nouvelles machines, nous serons certainement en mesure de produire un plus grand nombre d’aubes », a déclaré Marco Bozzola, d’Avio Aero. « Nous pouvons aussi compter sur une plus grande stabilité mécanique et électronique, et nous pouvons même envisager de nouvelles géométries. » Actuellement, l’usine italienne est équipée de 40 imprimantes 3D Arcam dont certains modèles peuvent produire, chacun, simultanément, six aubes de turbine (d’une longueur de 40 centimètres), directement à partir du fichier numérique, en utilisant un puissant faisceau d’électrons de 3 kilowatts.

Contrôle et automatisation du processus

L’impression 3D certifiée à l’échelle industrielle requiert des niveaux maximums de traçabilité, de contrôle qualité et de répétabilité maximums, tout en garantissant une cadence de production élevée grâce à une meilleure gestion du temps d’utilisation des machines, à une réduction des déchets et au contrôle des coûts. De la conception aux finitions, en passant par la production, chaque étape du processus doit être optimisée et intégrée afin d’aboutir à ce modèle de production numérique ininterrompu et performant. Dans ce domaine, Avio Aero s’est appuyée sur la solution logicielle Materialise Streamics, mise en service sur le site de production de Cameri en 2013. Celui-ci « répond aux exigences de contrôle, de standardisation, d’automatisation et de traçabilité des processus venant des normes extrêmement rigoureuses concernant la fabrication additive dans le secteur aéronautique », a expliqué le constructeur. 

Image
conception-fabrication-aube-turbine-ge-ge9x

Toutes les opérations de production, de la préparation de la plateforme aux finitions, passent par Streamics. Le processus commence par la préparation des fichiers de la pièce dans Materialise Magics et fournit tous les outils nécessaires pour la réparation de géométrie, le positionnement, la création des supports, l’étiquetage et de nombreuses autres opérations pour préparer les données et l’impression. Il permet ensuite de réaliser la préparation de façon automatisée, le stockage, le suivi et la visualisation de toutes les données du processus de fabrication additive, ainsi que de centraliser la gestion des machines et des tâches d’impression. Avio Aero a ainsi connecté toutes ses machines d’impression 3D à un outil de gestion de la production SAP. Cette connexion fournit des données venant de l’atelier de production, comme le statut de chaque impression, le temps de production estimé et le moment où l’impression peut passer au poste suivant. « Cette intégration permet d’harmoniser l’intégralité de notre environnement de production. Non seulement le logiciel Build Processor apporte non seulement de la simplicité, mais il permet aussi à Streamics de stocker des données sur toutes les tâches d’impression, ce qui nous permet en définitive de mieux contrôler notre production. Ceci est indispensable dans l’industrie aéronautique », a conclu Danila Marco, responsable de la technologie numérique additive.

Newsletter

Ne manquez plus aucune info sur la fabrication additive