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GE et EADS vont imprimer des pièces détachées pour avions
DONNER démarre un nouveau laboratoire dans son siège mondial de recherche à Niskayuna, New York, qui se consacre à transformer la technologie d'impression tridimensionnelle en un moyen viable de fabriquer des pièces fonctionnelles pour une gamme de ses activités, y compris celles impliquant les soins de santé et l'aérospatiale. L'entreprise vise à tirer parti du potentiel de la technologie pour fabriquer des pièces plus légères, plus performantes et moins chères que les pièces fabriquées avec des techniques de fabrication conventionnelles.
Charge plus légère : Une charnière conventionnelle pour le couvercle d'un moteur à réaction (en haut) pourrait être remplacée par celle plus complexe en bas, qui est tout aussi solide mais pèse deux fois moins. Le nouveau design, créé par EADS, est rendu pratique par la technologie d'impression tridimensionnelle.
La technologie d'impression d'objets tridimensionnels existe depuis des décennies, mais ses applications ont été largement limitées aux articles de nouveauté et à la fabrication sur mesure spécialisée, comme la fabrication de prothèses personnalisées. Mais la technologie s'est maintenant améliorée au point que ces imprimantes peuvent fabriquer des objets complexes à partir de matériaux durables, notamment des céramiques et des métaux tels que le titane et l'aluminium, avec une résolution de l'ordre de quelques dizaines de micromètres.
En conséquence, des entreprises telles que GE et le géant européen de la défense et de l'aérospatiale EADS s'efforcent de l'appliquer dans des situations plus proches de la fabrication conventionnelle, où un grand nombre de la même pièce est nécessaire.
La première application de la technologie par GE pourrait être des machines à ultrasons moins chères et plus performantes que les versions actuelles. L'une des pièces les plus chères d'un appareil à ultrasons est l'appareil qui transforme les signaux électroniques en son et vice-versa, la pièce qui est pressée contre la peau d'une personne lors d'une échographie. Ces transducteurs sont constitués de milliers de minuscules colonnes espacées de seulement 30 à 40 micromètres, chaque colonne étant extrêmement fine, environ huit à dix fois plus haute que large. Il est extrêmement difficile de fabriquer de telles pièces en utilisant le moulage, car il est difficile de libérer la pièce du moule. GE les fabrique donc à l'aide d'un outil de coupe précis qui découpe très lentement un morceau de céramique. Le processus est lent et coûteux et ne peut être utilisé que pour fabriquer une gamme limitée de formes.
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Processus d'impression laser GE et EADS
Aujourd'hui, GE a développé une nouvelle technologie d'impression qui étale une fine couche d'une suspension composée de céramique incorporée dans un précurseur polymère. Lorsqu'un motif de lumière ultraviolette est projeté sur cette couche, le matériau ne se solidifie que là où il a été exposé à la lumière. Une autre couche de lisier est étalée dessus et éclairée par la lumière, et la structure est construite de cette manière, couche par couche.
Le processus n'est toujours pas prêt pour la production en série, déclare Prabhjot Singh, ingénieur en mécanique et chef de projet chez GE Research. Mais parce que le processus est plus rapide et économise du matériel, il pourrait réduire les coûts de plusieurs ordres de grandeur, dit-il. Les concepteurs de GE utilisant le nouveau processus pourraient améliorer les performances du transducteur, car ils ne seront pas aussi limités dans les types de formes qu'ils peuvent créer. Cela pourrait conduire à des ultrasons à plus haute résolution.
GE étudie également la possibilité d'imprimer certaines pièces d'avion, une stratégie qu'EADS a également poursuivie récemment. Dans les laboratoires d'EADS à Filton, au Royaume-Uni, les chercheurs ont démontré qu'ils pouvaient imprimer plusieurs pièces métalliques différentes pour les avions grâce à une technologie qui utilise un laser pour chauffer les poudres métalliques jusqu'à ce qu'elles forment des formes métalliques solides. Grâce à cette technique, EADS a imprimé des charnières métalliques pour capots de moteur : les charnières permettent aux capots de s'ouvrir pour l'entretien du moteur. Les pièces ont des formes complexes qui maintiennent leur résistance tout en réduisant de moitié le poids de la pièce. La nouvelle charnière a été soumise aux tests utilisés pour les pièces conventionnelles et s'est avérée conforme aux exigences de performance. Les économies de poids sont essentielles dans l'industrie aérospatiale. Selon EADS, réduire le poids d'un avion d'un seul kilogramme peut entraîner des économies de carburant de 3 000 $ par an, ou 100 000 $ sur 30 ans, la durée de vie typique d'un avion.
Certes, la technologie est encore limitée. Bien que de nombreux alliages métalliques fonctionnels puissent être imprimés, ceux haute performance utilisés à l'intérieur d'un moteur ne peuvent pas encore être produits de cette manière (de telles pièces nécessitent un niveau de contrôle précis des températures des matériaux pendant le traitement qui ne peut pas être atteint encore en cours d'impression). GE utilisera la nouvelle technologie pour imprimer des pièces de moteur, telles que des aubes de turbine, mais uniquement pour tester certaines propriétés d'une conception, telles que son aérodynamique, et non sa capacité à survivre à des températures et des pressions élevées. Singh dit que cela pourrait aider à accélérer le processus de conception en permettant d'avoir une pièce de haute précision construite en quelques semaines plutôt qu'en quelques mois.
L'autre limitation principale de la technologie est la taille des objets qu'elle peut imprimer. Selon le matériau et l'imprimante, il est possible d'imprimer des choses de quelques centimètres à au plus près d'un mètre. L'impression d'ailes ou de pièces pour certaines des grandes turbines de la centrale électrique de GE n'est toujours pas possible. Et il y a des choses qui ne seront probablement jamais réalisées en utilisant l'impression en trois dimensions. Il ne sera jamais utilisé pour faire quelque chose comme des ongles. Mais à terme, il pourrait être utilisé pour fabriquer les outils qui fabriquent les clous, explique Jonathan Meyer, chef d'équipe de recherche chez EADS Innovation Works.