Il s'agit de l'ensemble de circonstances complexes et changeantes auxquelles les fabricants d'équipement d'origine (OEM), les loueurs et les entreprises de maintenance, de réparation et de révision (MRO) aérospatiales sont actuellement confrontés. La fabrication additive avancée (AM) est sur le point de démocratiser la MRO aérospatiale dans toute la chaîne d'approvisionnement, réduisant ainsi le coût des pièces livrées en moins de temps.
Poudre métallique pour la fabrication additive
Les défis du MRO
L'environnement commercial multi-sources MRO comprend les équipementiers d'avions et les grands et petits fournisseurs dédiés. La plupart des entreprises veulent des rôles plus importants et des marges plus élevées que le remplacement de pièces commande actuellement. Le défi est de savoir comment résoudre au mieux les coûts élevés, les faibles volumes et les délais de livraison paralysants.
Le remplacement de l'outillage usé pour les pièces moulées des aubes, des stators, des carters et d'autres composants du moteur est problématique. L'outillage peut coûter des dizaines à des centaines de milliers de dollars ; un processus fastidieux et exigeant impliquant des milliers de types de pièces pour des cycles de produits coûteux à stocker, de 20 à 50 ans, ou pour des séries de pièces d'aussi peu qu'un à 10 composants à la fois.
Le moulage est une technologie à forte intensité de capital qui ne s'adapte pas aux changements de conception avec de longs délais qui obligent à des stocks élevés pour stabiliser la chaîne d'approvisionnement. La fabrication additive (FA) de produits de base a ses propres problèmes : calibrer les machines pour la production en série, obtenir une qualité mesurable, des rendements favorables, un coût par pièce acceptable et des délais raisonnables grâce au post-traitement. Mais les grands fabricants MRO utilisant la FA de base ont les ressources nécessaires pour obtenir la certification afin de fabriquer des pièces spécifiques, limitées et dignes de voler, ce qui leur coûte parfois des millions de dollars.
Pour rattraper la demande de pièces aérospatiales et éviter les pénuries de FA de base, il faut des systèmes de FA avancés. Les forces et les événements s'alignent pour démocratiser la FA pour les OEM et les MRO, petits et grands, et rendre la production de pièces à la demande rapide, rentable et presque aussi prévisible que l'usinage CNC.
Changements dans la certification des processus AM
Les plus grandes entreprises de fabrication d'avions commerciaux ont développé des spécifications de matériaux internes leur permettant de produire des pièces AM certifiées pour le vol. Pour ces premiers utilisateurs qui ont dépensé beaucoup d'argent pour la caractérisation et les tests AM, FAA 14 CFR 21.1 permet aux détenteurs de certificats de type de cellule et de moteur de servir le marché.
Pour d'autres dans le domaine MRO, peu ou pas de spécifications ou d'autorisations reconnues par la FAA sont disponibles. Le marché MRO a rencontré d'importants défis de certification qui freinent l'utilisation généralisée de la FA.
L'accès à un ensemble de données robuste et standardisé, MMPDS Volume 2 pour les matériaux additifs, permettra aux MRO d'adopter la FA sans se lancer dans des efforts extrêmes et solitaires nécessitant beaucoup de temps et d'argent. Le développement et la normalisation des propriétés des matériaux métalliques (MMPDS) est une source de l'industrie pour les admissibilités de conception reconnues par la FAA, le DOD et la NASA. Il fait référence à une spécification de matériau, généralement AMS (Aerospace Material Standards), qui peut être utilisée pour les pièces et les réparations.
Détecter les variations de hauteur de couche. Les capacités d'assurance qualité des systèmes AM de nouvelle génération permettent de savoir si une construction présente des signes de protubérances indésirables ; le dépassement du seuil d'avertissement alertera l'utilisateur.
Remplacement direct des pièces
Le besoin MRO le plus pressant est de produire des doubles d'aubes de stator, de boîtiers de roulement et d'autres composants clés pour maintenir les avions existants en vol. Bien que la fabrication additive soit reconnue pour ses extraordinaires capacités de consolidation de pièces et de conception de feuilles vierges, elle est également adaptée à l'économie du remplacement direct (exact) de pièces. Alors que les augmentations incrémentielles de la capacité de coulée peuvent coûter des dizaines de millions de dollars, la production de pièces à l'aide de la FA peut coûter entre 1 et 2 millions de dollars par machine. De plus, la fabrication additive est flexible dans les volumes qu'elle est capable de produire et les types infinis de géométries qui peuvent être imprimées à partir de chaque machine, contrairement au processus de coulée. La FA peut également produire la même pièce avec de meilleures qualités de matériau de traction et une densité plus élevée que les pièces moulées.
Une série de machines AM peut gérer des volumes de production complets d'un flux partiel identique, puis passer à une gestion des stocks quasi à la demande appropriée pour le MRO. Ou ils peuvent prototyper des concepts de conception à la fabrication pour de futurs produits. Cette alternative de fabrication additive flexible et à moindre coût peut s'adapter au portefeuille de moulage et d'usinage existant d'un fabricant pour améliorer la dynamique de la chaîne d'approvisionnement. Plus rapide, meilleur, plus agile et moins cher.
Fabrication additive métallique double laser
Performances AM avancées
Le casting et la FA conventionnelle ont des limites. Les directives récentes sur les matériaux de FA encouragent le changement et accélèrent probablement les investissements dans les nouvelles solutions MRO AM. Advanced AM propose déjà l'automatisation, la surveillance de la qualité et des processus, des lames de recouvrement sans contact, des atmosphères contrôlées et des logiciels pour ouvrir le marché.
Des ingénieurs examinent un réservoir de carburant en titane imprimé sur un système de fabrication additive Velo3D sans supports internes. Ces réservoirs/récipients sous pression sont conçus pour être utilisés dans des applications aérospatiales et de défense.
L'analyse de la composition de l'atmosphère est essentielle pour atteindre les normes de qualité de l'aérospatiale. Lorsque les fabricants impriment des pièces métalliques dans un environnement de chambre de construction moins que parfait à des températures élevées, cela peut incorporer des atomes ou des molécules indésirables dans l'atmosphère dans le matériau au fur et à mesure qu'il se solidifie. Un excès d'oxygène dans la chambre peut entraîner une oxydation et une porosité. L'hydrogène peut réagir avec et fragiliser le métal fini. De petites quantités d'humidité s'ioniseront sous le laser, compromettant potentiellement la qualité de la pièce. Les meilleurs développeurs AM ont emprunté des stratégies de contrôle de l'atmosphère à l'industrie des micropuces pour garantir la qualité et la liberté de conception.
Une hauteur de lit de poudre appropriée est essentielle pour s'assurer que la FA peut fabriquer des pièces aérospatiales qui ont déjà été moulées. Lors d'une construction, il est essentiel que la hauteur correcte du lit de poudre soit maintenue sans crêtes, vagues ou variations. Le lit de poudre est la matière première du processus de soudage et une matière première constante est essentielle à la qualité. Dans la FA de base, les protubérances de métal solide dans le lit de poudre représentent le problème le plus fréquent car les balais fonctionnent comme un essuie-glace. Les systèmes AM de nouvelle génération offrent un bras de recouvrement sans contact et une métrologie intégrée, de sorte que la topologie du lit de poudre est constamment mesurée quantitativement et surveillée pour détecter les incohérences. Ceci est un autre exemple où la FA dépasse les contrôles de processus des processus de fabrication traditionnels.
Les options pour relever les défis économiques et de fabrication entrelacés auxquels sont confrontés les équipementiers aérospatiaux et les services de remplacement de pièces MRO se multiplient. La frustration face à la lenteur des progrès en AM n'est plus justifiée. Les sous-traitants de l'aérospatiale dotés d'une FA avancée sont prêts à produire des pièces de rechange de qualité égale ou supérieure à celle des pièces d'origine moulées selon les besoins, en faibles volumes et à moindre coût.
Cet article a été initialement publié sur https://www.aerospacemanufacturinganddesign.com
