Le contexte aéronautique mondial est caractérisé par une très forte concurrence.
L'industrie aéronautique, qu'elle implique les compagnies aériennes ou le secteur militaire, est en recherche constante de réduction de coûts, de gain de masse et de fiabilité de maintenance... tout en améliorant l'expérience voyageur et en diminuant l'émission de CO2, pour l'aviation commerciale.
Du scan 3D au recours à la fabrication additive, les technologies 3D révolutionnent déjà l'aéronautique. Et ce n'est que le début.
Aujourd'hui, où est utilisée la 3D dans l'industrie aéronautique ?
Parmi les exemples les plus connus de recours à la 3D dans l'aviation, on peut citer l'Airbus A350 XWB et ses 1 000 pièces imprimées dès 2014. Le constructeur poursuit sur cette voie, tant pour la production d'attaches moteurs en titane et de fuselages que pour la standardisation des solutions Stratasys pour la chaîne d'approvisionnement de l'A350 XWB. General Electric, qui investit massivement dans la 3D, rencontre un succès exceptionnel avec ses moteurs LEAP, conçus avec Safran Aircraft Engines, qui intègrent 19 injecteurs de fuel imprimés en 3D. Grâce à la fabrication additive, le moteur est plus léger (25% de masse en moins), apporterait une durée de vie 5 fois supérieure à ses prédécesseurs, et ne nécessite plus qu'une pièce contre 18 parties à assembler avant !
La 3D ne concerne pas que les pièces qui composent l'avion. Il peut aussi s'agir de celles utilisées pendant les opérations de maintenance et de contrôle, telles que les protections de commandes de cockpit. Autre exemple en matière de maintenance : la société française BeAM utilise le procédé CLAD® (Construction Laser Additive Directe) pour « construire ou reconstituer des pièces métalliques par impression 3D. Appliqué notamment pour la réparation de pièces aéronautiques comme les turboréacteurs, il permet de réduire drastiquement les coûts et les temps de réparation ».
Les spécificités du secteur aéronautique
L'industrie aéronautique fait partie des early adopters de l'impression 3D, dès la fin des années 80. La fabrication additive était alors utilisée pour le prototypage et non pour la production. Mais à la différence d'autres secteurs aux normes plus souples, l’aéronautique est caractérisée par un degré élevé d'exigences de sécurité qui a pu ralentir l'implémentation des pièces 3D. Les normes drastiques des avions visent bien sûr à assurer qu'aucune pièce défectueuse ne provoque un accident en vol, mais elles permettent aussi de limiter le temps de gestion des avaries techniques au sol, l'immobilisation d'un appareil étant particulièrement coûteuse.
L'évolution de l'impression 3D permet aujourd'hui de pallier ce retard et d'obtenir les certifications nécessaires, même si ces dernières prennent plusieurs années dans l'aviation. Enfin, l'industrie aéronautique doit aussi relever le défi de la R&D au niveau des matériaux à utiliser. Les poudres restent chères et encore limitées en composition.
Pour la 3D est indispensable à l'industrie aéronautique ?
Les avantages apportés par la fabrication additive ne sont pas propres à l'aéronautique, mais ils ont un impact considérable dans un secteur marqué par une concurrence extrême et la recherche de performances à coûts maîtrisés... ainsi qu'une dépendance forte au marché du pétrole. Ses apports sont nombreux : amélioration du ratio « buy-to-fly », gain de masse, économies financières via la réduction de consommation de carburant et la limite de pertes d'alliages coûteux, optimisation de l'aménagement intérieur des cabines... Ces gains financiers ne sont néanmoins pas toujours garantis, au stade de maturité des technologies existantes.
La numérisation et l'impression 3D permettent aussi une plus grande complexité de design, un prototypage rapide et la diminution (voire la suppression) des opérations d’assemblages de pièces. L'ensemble de la chaîne de valeur y gagne, de la diminution des besoins de stocks à une maintenance beaucoup plus rapide, en passant par la création de pièces numérotées.
Autre apport très important, qu'il s'agisse d'aviation civile ou militaire : demain, il sera possible d'augmenter la capacité de production en imprimant des pièces à la demande directement en vol ou n'importe où dans le monde, y compris sur des bateaux. C'est ce qu'évoquait déjà Mike Murray, Président de BAE Systems en 2014, lors du vol du 1er avion de combat équipé de pièces en métal imprimées en 3D: « Vous n'êtes désormais plus bloqués dans un endroit pour fabriquer ces objets". Enfin, l'industrie aéronautique a d'autant plus à gagner en combinant impression 3D et optimisation topologique : les techniques additives ne font pas augmenter le coût de réalisation de pièces aux géométries complexes, contrairement aux techniques traditionnelles.
La complémentarité du scan et de l'impression 3D pour une ingénierie de pointe
Le scan 3D joue un rôle fondamental en amont de l'impression. Par exemple, dans le cas d'une pièce déformée, usée ou ayant perdu en étanchéité, comme les aubes d'un moteur d'avion, la numérisation permet de cibler précisément où déposer la poudre pour remettre la pièce en état. Il permet aussi de générer des modèles CAO de pièces et dispositifs mécaniques, ainsi que d'infrastructures complètes afin d'obtenir des plans précis en « Tel Que Construit ». C'est dans cette perspective que le groupe AMETRA vient de s'équiper d'un scanner 3D, en partenariat avec la société CTEC-3D.
Et demain ?
La course à l'innovation n'est pas prête de s'arrêter. Il devient possible de numériser un intérieur d'avion pour procéder à son retrofit, de s'entraîner à la réparation en réalité virtuelle, d'intervenir plus vite pour les opérations de maintenance au sol et demain, de réparer des pièces en vol. Si les technologies 3D semblent offrir des perspectives parfois à la limite de la science-fiction, elles sont déjà en route concrètement pour révolutionner l'aéronautique et les industries dans leur ensemble. Des PME aux grands groupes, nous, industriels, devons tous prendre ce virage technologique !