Avantages techniques de l'impression 3D dans le domaine aérospatial

En tant que technologie représentative typique dans le domaine de la fabrication de la troisième révolution industrielle, le développement de l'impression 3D a toujours attiré l'attention de tous les horizons. La technologie de fabrication additive haute performance en métal (technologie d'impression 3D en métal) est considérée par les experts de l'industrie comme une branche de développement difficile et de haut niveau dans le domaine de l'impression 3D, et joue un rôle central dans la fabrication industrielle. Antarctic Bear a également prêté attention au développement de l'impression 3D en métal. De nos jours, les entreprises de fabrication industrielle du monde entier recherchent et développent vigoureusement la technologie de fabrication additive en métal, en particulier les entreprises de fabrication aérospatiale, même dépenser beaucoup de ressources financières et matérielles pour augmenter les efforts de recherche et développement afin d'assurer leur leadership technologique.

Dans le contexte de la stratégie de retour de fabrication aux États-Unis et de 4.0 de l'industrie allemande, l'environnement international fournit également à l'impression 3D une nutrition indispensable à sa croissance. Qu'il s'agisse du National Additive Manufacturing Center nouvellement créé aux États-Unis ou du British Technology Strategy Committee, l'aérospatiale est le principal domaine d'application de la technologie de fabrication additive. En octobre 2012, Lu Yongxiang, ancien président de l'Académie chinoise des sciences et vice-président de l'Assemblée populaire nationale, a précisé que la technologie 3D de la Chine sera également appliquée pour la première fois dans le domaine aérospatial.

Comme la perle brillante dans la couronne de l'industrie, le domaine de la fabrication aérospatiale intègre toutes les technologies de haute technologie d'un pays, et c'est le domaine de la garantie d'appoint où le plan stratégique national peut être mis en œuvre et la situation politique peut être affichée. En tant que toute nouvelle technologie de fabrication, la technologie 3D métallique présente des avantages d'application exceptionnels dans le domaine aérospatial et des avantages de service évidents. Il se reflète principalement dans les aspects suivants:

(1) Raccourcir le cycle de recherche et développement des nouveaux équipements aérospatiaux

La technologie aérospatiale est un symbole de la force de défense nationale et une manifestation de la politique nationale. La concurrence entre les pays du monde est extrêmement féroce. Par conséquent, tous les pays veulent essayer de développer des armes et des équipements plus récents à une vitesse plus rapide pour se rendre invincibles dans le domaine de la défense nationale. La technologie d'impression 3D en métal raccourcit considérablement le processus de fabrication de pièces métalliques haute performance, en particulier de grandes pièces structurelles hautes performances. Il n'est pas nécessaire de développer des moules utilisés dans le processus de fabrication des pièces, ce qui raccourcira considérablement le cycle de développement et de fabrication des produits.

Li Daguang, professeur au Département de la logistique militaire et de l'équipement militaire des sciences et technologies de l'Université de la défense nationale, a déclaré que dans les années 1980 et 1990, il faudrait au moins 10 à 20 ans pour développer une nouvelle génération d'avions de combat. L'avantage le plus important de la technologie d'impression 3D est qu'elle ne nécessite pas d'usinage ou de moules, des pièces de toute forme peuvent être directement générées à partir de données d'infographie, donc, si la technologie d'impression 3D et d'autres technologies de l'information sont utilisées, un nouvel avion de chasse peut être développé dans au moins trois ans. Associé à la flexibilité élevée, aux performances élevées et aux caractéristiques de fabrication flexibles de la technologie, ainsi qu'au prototypage rapide gratuit de pièces complexes, l'impression 3D en métal brillera dans le domaine aérospatial et fournira un support technique solide pour la fabrication d'équipements de défense.

La partie à bride centrale du gros avion domestique C919 est une application typique de la technologie d'impression 3D en métal dans le domaine de l'aviation. Cette pièce structurelle mesure plus de 3 mètres de long et est la plus longue pièce structurelle aérospatiale produite par l'impression 3D en métal au monde. Si la méthode de fabrication traditionnelle est utilisée, cette pièce doit être forgée par une presse à très gros tonnage, ce qui ne prend pas seulement du temps et demande beaucoup de travail, mais aussi des déchets de matières premières. À l'heure actuelle, aucun équipement en Chine ne peut produire de telles pièces structurelles à grande échelle.

Par conséquent, afin d'assurer le processus de développement et la sécurité de l'avion, nous devons commander cette pièce de l'étranger, et le cycle de vie de la commande à l'installation est aussi long que plus de 2 ans, ce qui entrave sérieusement les progrès de la recherche et du développement des avions. La bande de bride centrale imprimée par la technologie d'impression 3D en métal a mis environ un mois à se développer, et sa résistance structurelle a atteint ou même dépassé la norme pour les pièces forgées, qui était entièrement conforme aux normes de l'aviation. L'utilisation de la technologie d'impression 3D en métal a considérablement raccourci le développement des gros avions de mon pays, permettant au travail de développement de se dérouler sans heurts.

(2) améliorer le taux d'utilisation des matériaux, économiser des matériaux stratégiques coûteux et réduire les coûts de fabrication

Et ce n'est qu'un microcosme de l'application de la technologie d'impression 3D en métal dans le domaine aérospatial.

La plupart des domaines de fabrication aérospatiale utilisent des matériaux stratégiques coûteux, tels que des matériaux métalliques difficiles à traiter tels que les alliages de titane et les superalliages à base de nickel. Le taux d'utilisation des matériaux dans les méthodes de fabrication traditionnelles est très faible, généralement pas plus de 10%, voire seulement 2%-5%. L'énorme gaspillage de matériaux signifie également que les procédures d'usinage sont compliquées et que la période de production est longue. S'il s'agit d'une pièce technique difficile à traiter, le cycle de traitement sera considérablement augmenté et le cycle de fabrication sera considérablement prolongé, ce qui entraînera une augmentation des coûts de fabrication.

La technologie d'impression 3D en métal, en tant que technologie de mise en forme proche du filet, peut être utilisée avec seulement une petite quantité de traitement de suivi, et le taux d'utilisation des matériaux a atteint 60%, parfois même atteindre plus de 90%. Cela permet non seulement de réduire les coûts de fabrication et d'économiser les matières premières, mais est également conforme à la stratégie de développement durable proposée par le pays.

Lors d'un symposium organisé par l'Académie chinoise des sciences à 2014, le professeur Wang Huaming de l'Université de Beihang a déclaré un jour que la Chine pouvait désormais imprimer le cadre de la fenêtre en verre du cockpit de l'avion C919 en seulement 55 jours. Wang Huaming a également déclaré qu'une entreprise européenne de fabrication d'avions avait déclaré qu'il leur faudrait au moins 2 ans pour produire la même chose, et il en coûterait 2 millions de dollars américains pour fabriquer le moule seul. Cependant, l'utilisation de la technologie d'impression 3D par la Chine raccourcit non seulement le cycle de production, améliore l'efficacité, mais économise également les matières premières, ce qui réduit considérablement les coûts de production.

(3) Optimiser la structure des pièces, réduire le poids, réduire la concentration de contraintes et augmenter la durée de vie

Pour les armes et les équipements aérospatiaux, la réduction de poids est un thème éternel. Il peut non seulement augmenter la flexibilité de l'équipement de vol pendant le vol, mais aussi augmenter la capacité de charge, économiser du carburant et réduire les coûts de vol. Cependant, la méthode de fabrication traditionnelle a déjà maximisé la réduction de poids des pièces, et il n'est pas réaliste d'exercer davantage la capacité de réserve.

Cependant, l'application de la technologie 3D peut optimiser la structure de pièces complexes. Dans le but d'assurer la performance, la structure complexe peut être transformée et repensée en une structure simple, réduisant ainsi le poids. De plus, en optimisant la structure des pièces, la contrainte des pièces peut être présentée dans la distribution la plus rationnelle, réduisant le risque de fissures de fatigue, augmentant ainsi la durée de vie. Réaliser le contrôle de la température grâce à une structure de canal d'écoulement interne raisonnable et complexe, afin d'optimiser la conception et l'utilisation deMatériaux DLP(Liqcreate castable de cire etModèle premium liqcreate), Ou réaliser un moulage libre arbitraire de différentes pièces grâce à la composition de matériaux, afin de répondre aux normes d'utilisation.

Le train d'atterrissage d'un avion de chasse est un élément clé qui supporte une charge élevée et un impact élevé, ce qui nécessite des pièces à haute résistance et à haute résistance aux chocs. Le train d'atterrissage fabriqué par la technologie 3D sur l'avion de combat américain F16 répond non seulement aux normes d'utilisation, mais a également une durée de vie moyenne de 2.5 fois celle de l'original.

(4) Réparation et formage de pièces

En plus de l'utilisation de la technologie d'impression 3D en métal dans la production et la fabrication, sa valeur d'application dans la réparation de pièces métalliques haute performance n'est en aucun cas inférieure à sa fabrication elle-même. En ce qui concerne la situation actuelle, le potentiel de la technologie d'impression 3D en métal dans la mise en forme de réparation est encore plus élevé que sa fabrication elle-même.

Prenons l'exemple des pièces de soufflage de turbine intégrale haute performance. Lorsqu'une certaine pale sur le disque est endommagée, tout le coup de turbine sera mis au rebut et la perte économique directe vaut plus d'un million. Par rapport au passé, ce type de perte peut être irréparable et déchirant, mais basé sur les caractéristiques de l'impression 3D couche par couche de fabrication, nous avons seulement besoin de considérer la lame endommagée comme un substrat spécial, et d'effectuer la formation tridimensionnelle laser sur la partie endommagée, la forme de la pièce peut être restaurée, Et la performance répond aux exigences d'utilisation, même supérieure à celle du matériau de base. En raison de la contrôlabilité du processus d'impression 3D, l'impact négatif de sa réparation est très limité.

En fait, les pièces imprimées en 3D sont plus faciles à réparer et à mieux correspondre. Par rapport aux autres technologies de fabrication, dans le processus de réparation 3D, en raison de l'écart entre le processus de fabrication et les paramètres de réparation, il est difficile de maintenir la cohérence de la zone de réparation et du substrat en termes de tissu, de composition et de performance. Mais ce problème n'existe pas lors de la réparation de pièces formées en 3D. Le processus de réparation peut être considéré comme une continuation du processus de fabrication additive, et la zone de réparation et le substrat peuvent obtenir une correspondance optimale. Cela réalise un cercle vertueux dans le processus de fabrication de pièces, une fabrication à faible coût + une réparation à faible coût = un avantage économique élevé.

(5) Coopérer avec la technologie de fabrication traditionnelle et se compléter

La technologie de fabrication traditionnelle convient à la production de produits en forme de grand volume, tandis que la technologie d'impression 3D est plus adaptée à la fabrication de produits structurels personnalisés ou raffinés. Combinant la technologie d'impression 3D et la technologie de fabrication traditionnelle, chacun s'appuie sur ses forces, fait jouer pleinement ses avantages respectifs et rend la technologie de fabrication plus puissante.

Par exemple, pour les pièces qui nécessitent des performances de haute qualité en surface mais des performances moyennes au centre, des techniques de fabrication traditionnelles peuvent être utilisées pour produire des pièces de forme centrale, puis la technologie de stéréoformage laser peut être utilisée pour former directement des pièces de surface sur ces parties centrales. De cette manière, des pièces avec des performances de surface élevées et des exigences générales du centre sont produites, ce qui économise la complexité du processus et réduit le processus de production. Cette combinaison complémentaire a une valeur d'application pratique importante dans la production et la fabrication de pièces.

En outre, pour les composants avec une structure externe simple mais une structure interne complexe, lorsque la technologie de fabrication traditionnelle est utilisée pour fabriquer la structure complexe interne, le processus est lourd et les procédures de traitement ultérieures sont compliquées, ce qui entraîne des coûts de production et prolonge le cycle de production. L'utilisation externe de la technologie de fabrication traditionnelle et l'utilisation interne de la technologie d'impression 3D sont directement proches de la forme du net, de sorte que seul un petit nombre de processus de suivi peut terminer la fabrication du produit. Cela raccourcit le cycle de production, réduit les coûts et permet une parfaite correspondance entre la technologie traditionnelle et les nouvelles technologies pour atteindre l'interopérabilité et la complémentarité.

En tant que principal domaine d'application de la technologie d'impression 3D, l'aérospatiale présente des avantages techniques évidents, mais cela ne signifie pas que l'impression 3D en métal est omnipotente. Dans la production réelle, il y a encore beaucoup de problèmes à résoudre dans son application technique. Par exemple, à l'heure actuelle, l'impression 3D ne peut pas s'adapter à la production de masse, ne peut pas répondre aux exigences de haute précision et ne peut pas réaliser une fabrication à haut rendement. De plus, un facteur clé limitant le développement de l'impression 3D est le coût élevé de ses équipements, et la plupart des domaines civils ne peuvent pas se permettre des coûts de fabrication d'équipement aussi élevés. Cependant, avec le développement continu de la technologie des matériaux, de la technologie informatique et de la technologie laser, les coûts de fabrication continueront de diminuer pour répondre à la capacité de l'industrie manufacturière à supporter les coûts de production. À cette époque, l'impression 3D fera briller sa lumière dans le domaine de la fabrication.