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L'impression 3D à l'épreuve de l'industrie spatiale

Le salon 3D Print, premier salon professionnel dédié à la fabrication additive, se déroulera à Lyon du 17 au 20 juin. A cette occasion, au travers de son expérience chez Airbus Defence and Space et avec l'ONG béninoise Songhai, l'expert en matériaux & procédés Christian Désagulier apporte un éclairage sur les enjeux de l'impression 3D pour l'industrie spatiale hexagonale.
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L'impression 3D à l'épreuve de l'industrie spatiale
L'impression 3D à l'épreuve de l'industrie spatiale © DR

L 'ALM (Additive Layer Manufacturing), appelées dans le grand public "impression 3D" (3D printing), est une famille de procédés de fabrication mécanique fondée sur des méthodes additives, à base de matériaux métalliques ou plastiques, qui se présentent sous forme de poudre ou de fil fondus-soudés couche à couche, à la demande de la trajectoire CAO (Conception Assistée par Ordinateur) d’un faisceau laser ou d’électrons, d’un arc électrique ou d’une résistance chauffante dans le cas du thermoplastique.

Ces procédés sont complémentaires des procédés conventionnels dits soustractifs, où il s’agit de creuser un bloc de métal à l’aide d’un outil de coupe au lieu d’un faisceau laser, outil piloté suivant la trajectoire issue d’un programme de commande numérique déduite de la CAO de la pièce.

 

 

impression 3D : bilan énergétique inférieur à celui des procédés d’usinage classique

L’avantage de ces procédés : quantité de matériaux mis en œuvre limitée au volume de la pièce et notamment dans le cas de pièces complexes et très ouvragées où l’usinage demanderait un retrait de matière à partir d’un bloc qui peut aller jusqu’à 90% sur les pièces mécaniques d’équipement de satellite. Et conséquences de cela : plus la pièce aura été optimisée en masse lors de sa conception, moindre la quantité de matériau mis en œuvre et donc plus rapide sera sa fabrication permettant d’atteindre cet optimum économique qui permet dès à présent de réduire les coûts de fabrication d’un facteur 2 à 10.

La quantité d'énergie mise en œuvre étant à proportion de la quantité de matière nécessaire à la fabrication de la pièce, le bilan énergétique global est par conséquent inférieur à celui des procédés d’usinage classique, production par atomisation de la quantité de poudre nécessaire et suffisante pour incluse, sans copeaux ni huiles ni eaux de coupe qui ajoute un surcoût énergétique de recyclage.

A cet égard, les procédés ALM sont identifiés par l’ESA (l'agence spatiale européenne) au titre de l’initiative Clean Space en tant que Green Technologies capables de réduire l’impact environnemental de l’industrie spatiale.

le gain de masse, objet de la recherche optimum de l’industriel dans le spatial

Du fait de l’aptitude à maîtriser la trajectoire de la source de chaleur suivant un fichier directement issu d’une CAO, les degrés de liberté de réalisation et donc de conception ALM sont augmentés par rapport aux capacités de mouvements d’outils de coupe, de sorte que la forme de la pièce peut être optimisée à la fois techniquement en direction d’un allègement, la masse étant l’ennemie dans le secteur spatial, et économiquement, l’objet de la recherche optimum de l’industriel, l’allègement technico-économique et écologique sera obtenu par optimisation topologique suivant les principes d’un bio-mimétisme bien compris.

Avec la mise à disposition sur le marché de machines de fabrication additive fiables, l’atelier de fabrication peut se doter de nouveaux moyens de productions qui ne remplaceront pas totalement les centres d’usinage à commande numérique, des retouches de finition aux interfaces étant toujours nécessaires.

Il n’a pas échappé à l’industrie spatiale que ces moyens de production améliorés où la conception a la part du lion, lui étaient dédiés : pièces uniques ou petites séries dont les allègements additionnés des pièces structurales sont autant d’augmentation de la masse de charge utile et donc de performance de ses satellites de télécommunication ou d’observation spatiale, outre les gains de coûts de réalisation.

introduction systématisée de pièces issues de l'impression 3D sur ariane 6

Les laboratoires des industriels du secteur spatial étaient sur le pont depuis près de 10 ans et voici que le niveau de maturité technologique permet leur introduction applicative. Dans le domaine des technologies de fabrication additives, Airbus Defence and Space (Airbus Group) peut se prévaloir d’être parmi les premiers sinon le premier fabricant de satellites à avoir mis en orbite géostationnaire une pièce de fixation en alliage de Titane Ti6Al4 sur le satellite de télécommunication Atlantic Bird 7 en 2011.

Le lanceur Ariane 5 dans sa version ME (Middle Evolution) bénéficiera bientôt de ces optimisations de conception et le futur lanceur Ariane 6 verra leur introduction systématisée à tous les étages.

En tant que technologies durables, Airbus Defence & Space a identifié que les avantages des technologies de fabrication additives répondaient aux critères des Objectifs Millénaires pour le Développement avancés par l’ONU et travaille depuis 2011 à leur promotion en Afrique : Forum FRSIT 2012 à Ouagadougou (Burkina Faso), Workshop en 2013 à l’ONG Songhai au Bénin. Cette dernière initiative a vu Songhai récompensée au titre du Forum Afrique 2013 organisé par le Ministère des Affaires Etrangères parmi les "100 Innovations pour un développement durable".

Une nouvelle étape a été franchie avec la signature d’un accord de coopération avec l’Université Cheikh Anta Diop de Dakar (Sénégal) pour la promotion de l’enseignement des techniques de conception et de fabrication additives dont le cursus sera adossé à une plateforme intégrée par Airbus D&S.

Ainsi, les pays du Sud qui le souhaitent peuvent désormais se doter de moyens autonomes rapides et abordables, réduire leur dépendance à l’égard du Nord pour la réparation, l’amélioration de la robustesse de pièces mécaniques, talon d’Achille du développement industriel s’il en est, toute production économique à valeur ajoutée africaine. Transport routier, naval, ferroviaire, matériel agricole et de transformation agro-industrielle, extraction minière et pétrolière et dans le secteur médical qui n’est pas le moindre, pour la fabrication de matériel médical et de prothèses légères, robustes et durables...

Toutes applications terrestres qui bénéficieront d’un retour d’expériences spatiales dont le Nord pourra trouver à s’inspirer à son tour !

Christian Désagulier, expert Matériaux & Procédés, Airbus Defence & Space

 
 
 
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