Tout a commencé par une pièce ici, une petite pièce là.
La base aérienne d’Arnold est une base de l’armée de l’air américaine située dans les comtés de Coffee et Franklin. Depuis que son équipe d’ingénieurs a intégré la FA à ses opérations – elle a acheté sa première imprimante 3D il y a sept ans -, elle a été en mesure de produire en interne un large éventail de pièces, qu’il s’agisse d’appareils en plastique ou d’éléments essentiels au fonctionnement du tunnel.
Après un examen des capacités de leur première imprimante 3D en 2019, l’équipe a décidé d’acheter deux imprimantes 3D supplémentaires : cette fois une imprimante 3D à base de résine et une imprimante à double filament.
« Il y a eu quelques prototypes appliqués au tunnel », a déclaré Samuel Gigioli, ingénieur système et approvisionnement en azote au Tunnel 9. « En fait, une pièce aéro-optique très critique a été prototypée avec notre imprimante à résine, mais la plupart des impressions sont des montages, des jauges d’ajustement de test ou d’autres pièces diverses. »
En février 2020, un projet de recherche et développement portant sur la fabrication additive de matériau métallique réfractif a été lancé au Tunnel 9. Gigioli a rapidement pris en charge cet effort, qui visait à réduire les délais et les coûts de fabrication de certaines pièces à haute température utilisées dans le Tunnel 9.
« Les pièces du tunnel 9 sont soumises à des conditions très cycliques, à haute pression et à haute température, de sorte que leur durée de vie est nettement inférieure à celle des autres pièces du tunnel », explique Gigioli. « Ces pièces peuvent subir des températures allant jusqu’à 3 000 degrés Fahrenheit. C’est pourquoi les métaux réfractifs sont choisis, car ce sont des métaux qui peuvent résister à une chaleur extrême avec relativement peu de déformation. »
L’effort continu de recherche et de développement en matière de FA est dirigé par Gigioli, qui est responsable de l’entretien des matériaux, des dispositifs et des imprimantes 3D, et par Nicholas Fredrick, ingénieur en chef des installations du Tunnel 9. Ils travaillent avec deux équipes de sous-traitants, l’une qui imprime les pièces et gère l’ensemble du processus de fabrication du début à la fin, et l’autre qui fournit la poudre d’impression et analyse les caractéristiques des matériaux.
La réalisation la plus importante du programme de recherche et développement jusqu’à présent a sans doute été la fabrication réussie d’un composant connu sous le nom de revêtement d’orifice pétale. Ce dispositif, qui fait partie intégrante des passages en tunnel à nombre de Mach élevé, est situé entre les deux diaphragmes d’éclatement que le tunnel 9 utilise pour faire office de vanne à grande vitesse.
Dans le cas d’une pièce en métal réfringent, la FA est achevée par la technologie fusion laser-lit de poudre. Avec cette méthode, le métal est d’abord une poudre métallique hautement raffinée et contrôlée. Un laser à haute puissance est appliqué à cette poudre et fait fondre les particules de métal couche par couche jusqu’à ce que la pièce soit formée conformément aux spécifications.
Selon Gigioli, le revêtement par FA a surpassé son homologue forgé, utilisé depuis des décennies dans l’installation.
« La pièce est moins chère à fabriquer, plus rapide à fabriquer et à livrer, et elle est plus résistante aux charges thermiques cycliques », a déclaré Gigioli. « Le processus de FA crée des microstructures très uniques au sein du matériau et, par conséquent, les propriétés structurelles et thermiques de la pièce sont différentes de celles du métal traditionnel des billettes forgées. »
Les personnes impliquées dans la FA au Tunnel 9 ont déjà commencé à travailler sur la prochaine pièce imprimée en 3D qui sera appliquée dans des conditions de nombre de Mach élevé. Ce composant, un séparateur de particules, servira à éliminer toutes les particules en suspension dans le flux de gaz sans entraver le flux de masse dans le tunnel.
« Nous attendons toujours que le composant soit entièrement terminé, mais nous espérons le mettre en œuvre dans le cadre d’un programme d’essai qui débutera aux alentours de septembre« , a-t-il déclaré.
Le succès du programme d’impression 3D au tunnel 9 a suscité des conversations entre les membres de l’équipe au sujet d’éventuels projets de FA futurs.
« Moi-même et les personnes impliquées dans ce projet de R&D sommes enthousiastes quant à ce que l’avenir réserve à la FA« , a déclaré Gigioli.
Leurs efforts jusqu’à présent ne sont pas passés inaperçus. Une partie de l’effort de recherche de l’équipe consiste à montrer le potentiel de la FA à l’ensemble du ministère de la Défense. Gigioli a déclaré que des membres du personnel de diverses composantes du ministère de la Défense ont déjà fait part de leurs commentaires pour saluer le succès de l’équipe de Tunnel 9, exprimer leur étonnement à l’égard de la technologie de FA ou vanter son potentiel.
« Imaginez si nous transposons ce processus à l’échelle de plusieurs pièces de tunnel ou même de systèmes entiers« , Gigioli affirme. « Certains composants du ministère de la défense sont maintenant intéressés par l’impression de modèles de test ou de modèles de pointe. J’espère continuer à mener Tunnel 9 sur cette voie et accroître notre succès grâce à cette technologie. »
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