Dossier initialement publié dans le numéro de janvier/février 2022 de 3D ADEPT Mag. L’entretien, les fonctions et les prévisions décrivent cette période.
« Nous [la communauté de la FA] avons du pain sur la planche pour donner à la fabrication additive la crédibilité en tant que technologie de fabrication viable », Dr. Melissa Orme, vice-présidente de Boeing Additive Manufacturing.
J’ai rencontré le Dr Melissa Orme, vice-présidente de Boeing Additive Manufacturing lors de cet entretien de 2022, pour discuter de l’intégration de la FA dans l’aérospatiale. Son parcours relie la recherche universitaire, la fabrication sous contrat chez Morf3D et l’utilisation industrielle chez Boeing.
Comme elle l’explique, « la FA est une technologie axée sur le processus, où les attributs mécaniques de la pièce dépendent de la manière dont elle est construite, ce qui n’est pas le cas de la fabrication conventionnelle. Il est important que l’utilisateur final collabore étroitement avec le fabricant de la pièce. Bien souvent, les producteurs de pièces et les utilisateurs finaux ne font qu’un. Nous comptons sur le monde universitaire pour la science fondamentale, ou ce que nous appelons la recherche “low TRL “*. Il est important que les universitaires soient associés à l’équation afin que la recherche qu’ils effectuent permette de trouver une solution à un problème rencontré par l’utilisateur final ».
« Low TRL » désigne les faibles niveaux de maturité technologique, proches de la recherche initiale. L’échelle Technology Readiness Level décrite par la NASA compte neuf niveaux ; le terme ne désigne pas toute l’échelle.
La dépendance aux paramètres de fabrication n’est pas propre à la FA : les procédés conventionnels influencent eux aussi les propriétés finales. Le propos d’Orme met surtout l’accent sur la maîtrise et la qualification de la chaîne additive.
Cette collaboration peut relier la recherche aux besoins industriels, mais sa mise en œuvre reste conditionnée par l’application, les preuves disponibles et les exigences de qualification.
Pour les programmes anciens, la FA peut offrir une voie de fabrication de certaines pièces de rechange lorsque les outillages ou les chaînes d’origine ne sont plus disponibles. Son intérêt économique doit toutefois être établi pour chaque pièce, avec les coûts de qualification et de post-traitement.
Les nouveaux programmes offrent, quant à eux, la possibilité de concevoir une pièce ou un système en tenant compte de la FA dès le départ. Ce choix n’est pas automatiquement plus économique qu’une adaptation d’un programme existant.
Boeing compte parmi les utilisateurs précoces de la FA aérospatiale. Des pièces polymères imprimées, notamment des conduits, font partie des applications décrites sur des programmes tels que le F/A-18 et le 787. Cela ne signifie pas qu’une même pièce puisse être transférée sans adaptation ni qualification d’un avion à l’autre.
Le dossier de 2022 cite plus de 70 000 pièces de production imprimées en 3D sur les programmes commerciaux et de défense de Boeing, avec une référence aux statistiques Boeing du quatrième trimestre 2019. Ce chiffre historique ne correspond pas à la seule production de pièces métalliques et ne constitue pas un décompte actuel. Il illustre un ensemble d’applications allant des composants polymères aux pièces métalliques et à l’outillage.
Stabilité et répétabilité du procédé
Pour ce qui est de l’avenir, il semble qu’il y ait encore un long chemin à parcourir si on considère la feuille de route pour l’intégration du flux de production de FA. Combien de temps ? Pour Orme, la « longueur de la feuille de route dépend de l’application et du régulateur. Chaque organisme de réglementation a des exigences différentes en ce qui concerne le nombre et les types de tests à réaliser. Cependant, ce qui est commun à la plupart des régulateurs est le suivant : pour l’aérospatiale et la défense, nous devons montrer que notre processus est stable et répétable.
La stabilité et la répétabilité sont le Saint Graal de la fabrication additive. Les différents organismes de réglementation ont des méthodes différentes pour déterminer les processus stables et reproductibles. L’un des défis à relever pour parvenir à des processus stables et reproductibles est que les machines sont toujours produites en tant qu’exemplaires uniques, ce qui fait qu’il est difficile d’avoir deux machines identiques fournissant les mêmes résultats avec le faible niveau de variation requis par l’industrie aérospatiale. De tels problèmes rendent difficile, mais pas impossible, la mise à l’échelle de la qualité. »
Pourtant, les entreprises du secteur aérospatial (qu’il s’agisse de producteurs de pièces ou d’utilisateurs finaux) continuent d’investir dans la FA. Brian Neff, de Sintavia, a déclaré à 3D ADEPT Media (Interview avec Sintavia –) que « Cela peut être frustrant, mais pour y arriver, il faut investir dans le vide. Cela peut être difficile à faire pour certaines organisations car il faut beaucoup d’argent, de temps et de dévouement pour en voir la valeur et c’est un risque que beaucoup ne veulent pas prendre. »
Orme souligne pour sa part en rappelant « l’immense valeur que peut apporter la FA ». « Par exemple, elle permet de concevoir des pièces qui sont construites pour s’adapter à des espaces réduits et formes irrégulières dans le véhicule, réduisant ainsi le volume global. Les entreprises aérospatiales voient que la FA offre la possibilité d’optimiser le véhicule, et pas seulement la pièce. Elle permet de créer des véhicules différenciés, offrant ainsi un avantage concurrentiel. Il est également très important de mentionner que la FA produit des arbitrages favorables en matière de durabilité, ce qui est un point essentiel pour Boeing, comme pour l’ensemble de l’aérospatiale et de la défense », ajoute-t-elle.
En évaluant les défis qui peuvent se présenter lors de la mise en œuvre de cette feuille de route, nous nous rendons compte que les acteurs de l’industrie doivent nécessairement prendre en compte trois considérations principales.
Économie, coûts et qualification
Ces considérations impliquent le point de vue économique, la nature conservatrice de l’aérospatiale ainsi que la considération des coûts.
L’entretien se situe dans le contexte des perturbations économiques liées à la pandémie de 2020–2021. Orme décrit la manière dont Boeing a réorienté une partie de ses travaux de FA vers des applications de défense et spatiales. Son appréciation concerne ces travaux ; elle ne constitue pas un bilan financier général du groupe.
« Cela est dû au fait que nous avons pu concentrer une grande partie de nos travaux de fabrication additive sur notre division Boeing Defense and Space, où nous avons imprimé littéralement des milliers de pièces pour des satellites, des drones et des applications de levage vertical », note la vice-présidente. Orme fait allusion aux applications croissantes pour lesquelles l’entreprise va continuer à explorer le potentiel de la fabrication additive. (En effet, l’entreprise a déjà annoncé qu’elle allait développer les capacités de la FA – « en particulier pour sa filiale Millennium Space Systems, axée sur le marché des petits satellites, où l’impression 3D s’avère particulièrement adaptée pour déployer des systèmes en orbite plus rapidement que jamais »).
Dans le même temps, la division a également redoublé d’efforts pour développer ses compétences internes en matière de fabrication additive par le biais des recherches qu’elle effectue et des bases de données qu’elle crée pour démontrer la stabilité et la reproductibilité des performances. Pendant tout ce temps – déclare Orme – en parlant de ce qu’ils ont réalisé au plus fort de la pandémie, « nos applications de fabrication additive pour les avions commerciaux ont poursuivi leur chemin de développement et nous prévoyons la livraison de nos premières pièces d’avion de production fabriquées par fusion sur lit de poudre dans un an. »
La livraison annoncée « dans un an » est une prévision formulée au début de 2022. Ce passage conserve l’intention exprimée lors de l’entretien et ne confirme pas la réalisation ultérieure de cette échéance.
Dans un autre ordre d’idées, lorsqu’il s’agit d’accélérer l’adoption de pièces imprimées en 3D dans une industrie verticale, le coût – la réduction du coût par pièce – reste un sujet sensible et cela donne lieu à une conversation difficile que j’ai souvent avec les fabricants de machines, quel que soit le segment (imprimantes 3D, post-traitement, etc.). Il est intéressant de noter que la question ne concerne pas seulement ceux qui produisent les technologies de FA. En tant qu’utilisateur final, Boeing estime qu’il a également son rôle à jouer dans cette conversation.
Évaluer le bénéfice à l’échelle du programme
« Nous comprenons que nos premiers efforts dans le domaine de la FA nécessiteront beaucoup de recherche et développement. Au début, cette recherche sera absorbée par le coût des pièces. Nous comprenons également que la FA n’est pas une ” marchandise “. Nous voyons une véritable valeur dans l’innovation que permet la FA. Par exemple, certaines solutions innovantes permettront probablement de consolider de nombreuses pièces en une seule, ce qui améliorera la production. Certaines solutions innovantes seront multifonctionnelles, de sorte qu’un élément structurel pourra également être un échangeur de chaleur ou un composant électrique.
Nous pourrons utiliser la FA pour rationaliser nos produits afin qu’ils produisent moins de traînée, ce qui nécessitera moins de carburant et rendra leur fonctionnement moins coûteux et plus propre. Cela contribuera à nos objectifs de durabilité. Nous avons également constaté que nous avons réduit le calendrier d’un programme de plusieurs mois en utilisant des solutions additives. Il s’agit d’une économie de coûts considérable. Ainsi, même si la pièce individuelle coûte plus cher, les économies globales réalisées sur le programme l’emportent sur ce coût », souligne Orme.
La dernière considération à prendre en compte – la nature conservatrice de l’industrie aérospatiale – recentre le débat sur l’argument “application contre régulateur” souligné plus haut. Là où je vois des limites, Orme voit l’opportunité de gagner une réelle crédibilité. Elle ne nie pas cette nature conservatrice et ne voudrait pas qu’il en soit autrement. Plus important encore, elle appelle au devoir de l’ensemble de la communauté de FA de s’assurer que [la FA] « peut gagner la crédibilité d’une technologie de fabrication viable ».
« Afin de gagner cette crédibilité, nous avons des devoirs à faire. La fabrication additive ne bénéficie pas de décennies de données comme la fabrication conventionnelle. Nous devons nous assurer que nous comprenons tout risque associé à la fabrication additive et que nous savons comment atténuer ce risque. Ce n’est qu’alors que les ingénieurs choisiront de concevoir en fonction de la solution additive et qu’il sera facile d’intégrer des solutions de fabrication additive dans les avions », conclut notre invitée.
LA NEWSLETTER HEBDOMADAIRE DE 3D ADEPT
L’industrie évolue. Gardez une longueur d’avance.
Chaque semaine, l’essentiel de la fabrication additive : actualités industrielles, dossiers de fond et applications concrètes, sélectionnés par notre rédaction. Vous êtes aussi les premiers informés de la sortie de chaque numéro de 3D ADEPT Mag.
Gratuit · Un e-mail par semaine · Désinscription à tout moment
En cliquant, vous chargez le formulaire de notre prestataire d’e-mailing, ainsi que ses statistiques et la protection anti-robots de Google. Votre inscription n’est enregistrée que si vous la validez. Consultez notre politique de confidentialité
