Les avions imprimés en 3D deviendront-ils bientôt une réalité ?

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Alors que l'industrie aéronautique continue de lutter contre la hausse des coûts et la question de la durabilité environnementale à long terme, il peut y avoir une option qui peut aider à résoudre les deux problèmes. L'impression 3D de pièces d'avion est déjà une réalité, et non seulement elle aide à réduire les émissions, mais elle présente également une alternative moins chère à la fabrication conventionnelle. En fait, Boeing affirme économiser 3 millions de dollars par avion lorsqu'il utilise des pièces imprimées en 3D.

Pour l'instant, l'impression 3D se limite généralement au prototypage et à la fabrication de pièces moins essentielles, mais avec l'évolution rapide de la technologie, cela pourrait changer. Un jour, nous verrons peut-être même certaines des pièces les plus importantes des avions fabriquées de cette façon, y compris les composants clés du moteur.

Mais quel impact l'impression 3D pourrait-elle avoir sur le matériel et les systèmes critiques pour la sécurité ? Et comment l'état d'esprit d'utiliser l'impression 3D sur la chaîne de montage change-t-il l'industrie aéronautique dans son ensemble ?

Les avantages de l'utilisation de pièces imprimées en 3D sur les avions ne se limitent pas aux économies de coûts. Il existe également des capacités de prototypage accrues, une fabrication plus rapide et plus précise et une empreinte carbone réduite.

Commençons par le prototypage. La création de prototypes avec des pièces imprimées en 3D permet d'économiser des milliers d'heures de travail, car un nouveau prototype ou modèle peut être imprimé en quelques minutes au lieu d'être créé en plusieurs jours ou semaines. Il est également facile d'apporter des modifications avec l'impression 3D par rapport à la fabrication traditionnelle, car vous pouvez rapidement créer et visualiser un prototype à faible coût dans un matériau plus abordable. En d'autres termes, vous pouvez voir à quoi ressemblera une pièce d'avion et l'utiliser pour des tests et des analyses aérodynamiques dans un matériau plus léger et moins coûteux que le produit final et faire des ajustements avant d'investir dans un composant métallique à coût complet.

L'impression 3D a également rendu la fabrication plus rapide et plus précise, en particulier dans le domaine des accessoires qui facilitent le processus de fabrication. Pour réduire la marge de changement et d'erreur d'une pièce à l'autre, les pièces créées par la fabrication traditionnelle doivent être maintenues en place pendant l'usinage par des fixations, comme des broches métalliques. Mais le temps qu'il faut pour fabriquer des milliers de luminaires, ou le coût de leur achat, est un défi constant pour les fabricants traditionnels. En revanche, l'impression 3D permet aux fabricants de créer des milliers de luminaires à seulement 40 % du coût et des efforts requis par la fabrication traditionnelle.

Enfin, économiser tout ce temps et ces efforts de prototypage et de fabrication signifie que davantage de pièces peuvent être fabriquées avec moins d'énergie et de déchets. Étant donné que la fabrication et la production sont à l'origine de plus d'un cinquième des émissions mondiales totales de carbone, donner la priorité à une fabrication plus durable devrait être une évidence. L'impression 3D pourrait réduire la consommation de matériaux jusqu'à 90 %. Cela conduit à une empreinte carbone considérablement réduite.

Pourtant, l'impression 3D pose des problèmes de sécurité en raison de la façon dont le processus fonctionne. L'impression 3D repose sur la superposition de matériaux légers pour former des pièces, plutôt que sur la découpe des pièces à partir de blocs de matériaux lourds et résistants. Le processus de stratification a souvent abouti à des produits finaux plus faibles, plus poreux ou cassants. En raison de la nature stricte des exigences de certification du matériel, la FAA a initialement mis du temps à certifier les pièces imprimées en 3D qui étaient plus susceptibles de se casser ou de subir des dommages que les pièces fabriquées avec une fabrication traditionnelle. Maintenant, avec la nouvelle technologie permettant enfin l'impression 3D en titane, les matériaux et donc le produit final sont plus solides que jamais, et il est probable que la certification puisse avancer plus rapidement.

Après tout, les protocoles et réglementations de sécurité concernant les avions imprimés en 3D et leurs pièces sont suffisamment complets pour garantir que tout matériel imprimé en 3D qui se retrouve dans les avions n'affectera pas négativement la sécurité. DO-254 et les normes connexes pour le matériel aéronautique nécessitent déjà un niveau approfondi de tests et d'assurance qualité, ce qui permet de garantir que l'impression 3D ne s'appliquera qu'aux pièces qui ne sont pas critiques pour la sécurité ou impliquera suffisamment de contrôles et de tests pour assurer la sécurité des personnes et des aéronefs.

L'impression 3D n'est qu'un petit aspect de l'évolution de l'avionique. Mais l'état d'esprit autour de l'impression 3D pourrait contribuer à concrétiser un tout nouveau système de transport aérien, ainsi qu'à changer la façon dont les constructeurs aéronautiques envisagent la conformité et la certification.

Une meilleure impression 3D pourrait aider à surmonter certains des défis actuels de la chaîne d'approvisionnement pour la fabrication d'avions. En tant que tel, il pourrait contribuer à alimenter la mobilité aérienne urbaine (UAM). UAM est le concept selon lequel un jour nous pourrions tous utiliser des taxis aériens à la place ou en plus des voitures traditionnelles. Mais pour que l'UAM fonctionne, nous avons besoin de beaucoup plus d'avions à petite échelle. L'impression 3D pourrait faciliter ce processus.

Par exemple, les avions à décollage et atterrissage verticaux (VTOL) sont une technologie importante pour l'UAM, car ils ne nécessitent pas de grandes pistes et peuvent voler facilement à basse altitude. Les développeurs travaillent actuellement sur des pièces imprimées en 3D pour ces avions. En fait, ce mois-ci, un nouveau prototype d'avion VTOL d'Horizon Aircraft a pris son envol avec près de 800 pièces imprimées en 3D.

De plus, tout comme l'impression 3D pourrait à l'avenir faciliter une approche par blocs de construction pour la fabrication d'avions, nous voyons également l'industrie adopter une sorte d'état d'esprit de "chaîne d'assemblage" en ce qui concerne à la fois la conformité des logiciels et du matériel et les blocs de construction de certification en avionique.

Par exemple, les modèles sont un élément essentiel de la conformité et de la certification, car ils permettent aux constructeurs et aux développeurs d'avions de certifier de nouvelles conceptions de manière efficace et reproductible. Ainsi, tout comme l'impression 3D fournit une approche basée sur des blocs de construction pour le prototypage et la fabrication de pièces, il existe différents types de modèles qui peuvent servir de blocs de construction pour la conception, la fabrication et le développement de nouveaux avions par les entreprises et assurer la conformité sur la base de normes comme DO-178C pour les logiciels, DO-254 pour le matériel, et autres.

Il sera passionnant de voir comment l'impression 3D continuera à contribuer au développement de technologies et de processus modernes dans l'aviation et ailleurs. Peut-être qu'un jour vous volerez dans un avion 100% imprimé en 3D, et peut-être qu'un jour, un taxi aérien vous sera aussi familier qu'un Uber l'est aujourd'hui.

A propos de l'auteur

Vance Hilderman est le principal fondateur/directeur technique de trois des plus importantes sociétés de développement/certification aéronautique au monde, notamment TekSci, HighRely et AFuzion. Hilderman a formé plus de 31 000 ingénieurs dans plus de 700 compagnies aériennes et plus de 30 pays. Sa propriété intellectuelle est utilisée par 70 % des 300 meilleurs développeurs mondiaux d'aviation et de systèmes dans le monde, et il a employé et présidé personnellement plus de 500 des plus grands ingénieurs aéronautiques du monde sur plus de 300 projets au cours des trente-cinq dernières années. Les solutions d'AFuzion équipent 90 % des avions développés au cours des trois dernières décennies. Son dernier livre, Aviation Development Ecosystem, a fait ses débuts au premier rang de la liste des best-sellers de la catégorie Aviation.

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