Magazine Mardi 17 juillet 2018 - 15:48

Un composant hydraulique conçu par fabrication additive pour l’Airbus A380

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Toutes les entreprises et les industries cherchent à se démarquer sur le marché – que ce soit en termes d’avantages clients, de réductions de coûts ou de développement durable. Parmi celles-ci et grâce à la fabrication additive ainsi qu’à l’impression 3D, l’industriel Liebherr se rapproche de cet objectif. Le fabricant allemand a conçu un bloc soupapes hydraulique à haute pression à l’aide de la technologie EOS de fabrication additive métallique. La pièce a passé avec succès les tests en vol sur un avion Airbus A380.

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Dans un contexte de prise de conscience écologique, d’augmentation du prix des carburants et en l’absence d’alternative énergétique, le secteur aéronautique doit trouver de nouvelles technologies pour rester compétitif. La fabrication additive et l’impression 3D industrielle sur lit de poudre pourraient être à l’origine de changements radicaux et faciliter la création de composants innovants. L’industriel Liebherr a lancé son programme de fabrication additive il y a six ans. Aujourd’hui, l’entreprise a montré que cette technologie pouvait s’appliquer aux collecteurs hydrauliques des avions.

La fabrication additive au cœur d’un projet fédéral 

Aux côtés d’Airbus et d’une équipe de chercheurs de l’université technique de Chemnitz, Liebherr a lancé un projet financé par le ministère fédéral allemand de l’Économie et de l’Énergie. L’objectif était de remplacer un composant de vol primaire classique (en l’occurrence, un bloc soupapes hydraulique à haute pression) par un composant fabriqué sur des machines de fabrication additive.

À bord d’un avion, de nombreux composants fonctionnent ensemble pour assurer la sécurité du vol. Un actionneur d’obturateur de fente d’aile place celle-ci dans la position souhaitée pour réduire la portance de l’avion. La production de ce type de composants de commande de vol primaire doit répondre aux critères de qualité et de précision les plus stricts. Suivant les méthodes classiques, la fabrication d’un bloc soupapes se fait à partir d’une matière première forgée, qui est ensuite usinée, découpée, percée et enfin assemblée. Ce processus de production est à la fois long et complexe, et ne laisse que peu de marge à l’optimisation. Il est évident qu’un simple remplacement ne suffit pas. La nouvelle pièce doit être plus légère et épargner les ressources.

Repenser la pièce et le matériau

Les équipes ont tout d’abord analysé la pièce à remplacer. Elles ont ensuite identifié les structures hydrauliques et éliminé les parties auxiliaires. L’emplacement des composants principaux a été revu en fonction de leur espace d’installation et des besoins d’interface, l’objectif étant de parvenir à des lignes de raccordement courtes et intelligentes. Ces opérations ont permis de poser les bases de la conception de la nouvelle pièce. « Avec la fabrication additive industrielle, la complexité n’est plus un problème. Sur le système EOS M 290 (au procédé DMLS - Direct Metal Laser Sintering), les composants sont fabriqués par superposition d’une multitude de couche fine, d’une épaisseur de 30 à 60 μm chacune.  Cette machine au procédé laser nous permet de construire des formes géométriques complexes », explique Alexander Altmann, ingénieur en chef chargé de la recherche et des technologies de fabrication additive chez Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH. « Les éléments fonctionnels étaient directement reliés entre eux par des tubes courbes. Il n’était plus nécessaire d’avoir un système complexe de tubes, avec de nombreux perçages transversaux, ce qui permettait de gagner du temps en production. »

Le matériau choisi, un alliage de titane, convient particulièrement bien à l’aviation, car il présente plusieurs avantages. Il permet d’obtenir des pièces plus légères et de réduire les coûts de fonctionnement. Il est à la fois léger, mécaniquement stable et extrêmement résistant à la corrosion. Enfin, les opérations de post-traitement sur ce matériau ont inclus un traitement thermique pour réduire les contraintes, ainsi qu’un traitement spécial pour les canaux hydrauliques.

Le nouveau bloc soupapes fabriqué de manière additive offre la même performance qu’un bloc classique, mais il est plus léger (35 % de poids en moins) et présente moins de composants. Il a été possible d’y intégrer dix éléments fonctionnels, en éliminant le système complexe de tubes qui exigeait des perçages transversaux. La nouvelle pièce imprimée en 3D a été testée en vol avec succès sur l’avion A380. 

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Bloc soupapes de fabrication classique (ci-dessus) et bloc soupapes optimisé, fabriqué par fabrication additive de métal (ci-dessous). Source : Liebherr

« Aujourd’hui, la fabrication d’un bloc soupapes demande environ une journée et nous pensons qu’il serait possible de réduire ce temps de production de plus de 75 % avec la machine EOS M 400-4 et son système de frittage laser direct de métal », explique Alexander Altmann. Mais ce n’est pas tout : la légèreté du bloc soupapes imprimé en 3D ainsi que d’autres pièces contribueront à la réduction de la consommation de carburant et des émissions de CO2 et de NOx.

Les composants d’un avion étant extrêmement sollicités, l’industriel Liebherr s’attache à comprendre les méthodes de fabrication additive et d’impression3D jusque dans leurs moindres détails pour élaborer des processus de production d’une fiabilité absolue. La participation de Liebherr à une phase pilote lui a permis de contribuer au développement d’EOSTATE Exposure OT, un nouveau module de solution de surveillance d’EOS Monitoring Suite dédié à l’inspection simplifiée des composants en temps réel. « À l’avenir, ce procédé accélérera le repérage des anomalies de matériau pendant le processus de fabrication et aidera à réduire les processus d’assurance qualité en aval, tels que la tomographie assistée par ordinateur », a déclaré Alexander Altmann.

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