Interview – Delphine Carponcin, Responsable du développement produit chez Airbus: l’impression 3D métal dans l’aéronautique

Airbus fait partie de ces groupes européens qu’on ne présente plus car son expertise est reconnue dans les secteurs aéronautique, spatial, civil et militaire. Alors que la fabrication additive essaie encore de trouver ses marques au sein du grand public, pour les applications industrielles, son potentiel n’est plus à prouver, il est simplement pleinement exploité.

Conscient des contraintes de fabrication dans un secteur d’activité tel que l’aéronautique, Airbus ne déroge pas à la règle et pousse l’innovation plus loin, dans l’espace. Cependant, pour bon nombre de professionnels, actifs ou entrants dans ce secteur d’activité, il faut le dire, des limites doivent être appréhendées, des techniques de travail doivent être repensées.

Delphine Carponcin, Ingénieur en charge du développement produit chez Airbus Defence and Space, partage aujourd’hui l’expérience d’Airbus dans ce secteur, les points auxquels il faudrait faire attention et les solutions du groupe industriel dans le secteur spatial.

Airbus a participé au dossier de juin du magazine 3D Adept Mag.

Que pensez- vous de l’intégration de l’impression 3D métal dans les procédés de fabrication dans le secteur de l’aéronautique ?

La fabrication additive est une technologie qui est aujourd’hui considérée au même titre que les technologies classiques telles que l’usinage. Son plus gros challenge est de montrer sa capacité de reproductibilité des propriétés mécaniques, physiques lors de la fabrication des pièces.

Quelles sont actuellement les limites de cette technologie pour ce secteur ?

On a une première limite au niveau de la taille des pièces fabriquées. Dans un environnement fermé par exemple, les machines permettent de fabriquer des pièces métalliques de 400 mm à 500 mm. La fabrication des plus grandes pièces nécessite par contre l’utilisation de technologies différentes et d’unités de mesure différentes. L’utilisation des bras robotisés est privilégiée pour la fabrication, cependant l’intégration de la fabrication additive à base de laser soulève des défis en termes de taux de dépôt (high deposition rate) car plus la pièce est grande, plus la matière doit se déposer plus rapidement.

Pour ce qui est des matériaux, chez Airbus, nous utilisons essentiellement le titane et l’aluminium. Nous ne rencontrons pas vraiment de limites à ce niveau.

Enfin, économiquement parlant, on a besoin d’aller encore plus loin par rapport aux techniques traditionnelles et des efforts restent encore à fournir dans ce sens.

Pouvez-vous nous expliquer comment Airbus conçoit ses pièces en utilisant la fabrication additive métallique ?

Nos pièces métalliques sont fabriquées avec du titane et l’aluminium. Nous avons aussi des pièces qui interagissent avec les radios fréquences et nous travaillons aussi à développer des pièces avec des fonctions thermiques intégrées. Il s’agit pour ce dernier groupe par exemple, de retravailler le design d’une pièce dont la première fonction serait la fonction mécanique et de faire passer un fluide, un câble ou un signal à l’intérieur.

Les pièces fabriquées présentent t- elles les mêmes caractéristiques mécaniques que celles obtenues via les méthodes de fabrication par enlèvement de matière ?

Pour ce qui est des pièces fabriquées en titane, on arrive à des propriétés mécaniques équivalentes à d’autres propriétés métalliques. Pour l’aluminium aussi, il y a des séries d’alliages comparables. Une pièce en aluminium 4000 par exemple, obtenue par ALM contient des propriétés qui se rapprochent d’une pièce aluminium classique.

En d’autres termes, quand on utilise les mêmes propriétés et les mêmes alliages que les technologies traditionnelles, on aura des propriétés mécaniques qui sont proches mais l’aluminium va nécessiter l’utilisation d’un alliage spécifique pour pouvoir l’utiliser dans la fabrication additive.

Enfin il faut rester attentif à la « santé matière ».

En effet, les pièces métalliques en ALM sont encore caractérisées par une légère porosité, qu’il faut prendre en compte et factoriser dans l’analyse et l’appréciation d’un alliage ou d’une pièce. Il faut prendre cette différence en compte, dès les phases de conception.

En termes de coûts et de temps de production, la technologie de fabrication additive est-elle plus avantageuse que les méthodes de fabrication chez Airbus ? 

En termes de coûts et de temps de production, on prend en compte :

Qu’il y a un gain en masse, car on peut fabriquer des géométries optimisées.

Pour ce qui est des délais de fabrication, pour l’instant on est équivalent aux techniques conventionnelles car la fabrication additive implique aussi beaucoup de contrôle et de vérification. Plus la technologie va grandir en maturité, plus le temps de contrôle va réduire. A posteriori, on réduit le temps de livraison des pièces.

En termes de coût, la comparaison  dépend vraiment du type de pièce. Si l’on ne compare que pièce par pièce, on occulte un autre avantage de l’ALM qui est la possibilité de créer des pièces qui ne sont pas possibles avec de l’usinage. De plus, il ressort certainement un avantage en termes de coût lorsqu’il est question de fabriquer plusieurs pièces en une.

Il faut donc bien garder à l’esprit que l’analyse du coût doit se faire par famille de pièces.

Pensez-vous que sur le long terme l’impression 3D remplacera complètement les modes de fabrication traditionnelle (par enlèvement de matière) ?

Non, l’usinage et la fabrication additive sont des technologies complémentaires. Il est donc difficile d’affirmer que la fabrication additive remplacera l’usinage.

Toutefois, les mentalités doivent évoluer. Il faut être capable de travailler avec la spécificité de la technologie depuis les propriétés mécaniques jusqu’à la santé matière, de fait, comprendre comment les géométries de pièce changent et garder à l’esprit que le rendu changera certainement en fonction des matériaux utilisés. Ce n’est pas parce qu’elle est différente qu’elle pose forcément des limites. Aujourd’hui, il y a des automatismes qui doivent évoluer.

Et si on parlait des dernières initiatives d’Airbus dans le secteur aéronautique ?

Nous travaillons actuellement avec l’agence spatiale européenne sur le développement d’une imprimante 3D métal pour l’envoyer imprimer dans la station spatiale internationale, et nous sommes en train de fabriquer des structures robotisées pour fabriquer directement dans l’espace.

Le défi est de construire ici un outil qui respecte des conditions de sécurité maximales dans l’environnement spatial, tout en répondant aux besoins supérieurs de la métallurgie. A l’inverse des polymères qui sont chauffés à 200°C, nous devons travailler le métal à une température plus élevée, 1000°C.

Qu’en est-il des caractéristiques relatives au poids dans un environnement soumis à des conditions si extrêmes ?

Le point de départ étant la terre, le jeu consiste à trouver un moyen de gagner le maximum de masse possible au départ de la Terre. En envoyant le matériau brut par exemple, une pièce qui fait 10 kg sur terre verra sa masse divisée par 2 par orbite.

En effet, un satellite et ses éléments sont conçus pour supporter leur lancement et la gravité terrestre. En s’affranchissant de telles contraintes inhérentes à leur fabrication terrienne, une pièce peut être moins complexe, moins solide, et donc moins lourde. Ainsi, pour schématiser une pièce de 10kg qui aurait dû être lancée depuis la terre pourrait être fabriquée directement en orbite grâce à seulement 5kg de matière envoyée.

Quel serait le principal avantage d’avoir une imprimante 3D métal dans l’espace ?

Avoir une imprimante 3D permettrait de fabriquer directement les pièces dont on aurait besoin à un moment donné, par conséquent réduirait le nombre de réapprovisionnements et de voyages dans l’espace.

Un dernier mot à ajouter ?

Nous croyons beaucoup à la fabrication additive pour nos produits métalliques. Si la technologie est déjà quasiment mature, les méthodes de travail et de pensée doivent aussi changer afin de mieux se l’approprier.