MTU - La technologie d'impression 3D EOS permet d'obtenir des résultats rentables

Défi

Utilisation optimisée des machines EOS existantes pour la construction de composants de série sûrs et rentables

Le secteur aérospatial est l'un des plus innovants au monde. Rien que pour la conception de l'A380, Airbus a déposé plus de 380 brevets. Les nouveaux matériaux et les nouvelles technologies adaptés à la production en série ont un rôle important à jouer dans cette industrie, notamment pour des raisons de coût, de poids et de fonction. C'est pourquoi les constructeurs et les fournisseurs testent les capacités de performance des processus de fabrication additive, par lesquels les composants sont produits lorsqu'une poudre est durcie, couche par couche, à l'aide d'un laser. 

Cette méthode a été utilisée à l'origine pour la fabrication de prototypes, car elle permet de produire rapidement des pièces individuelles. En raison de ses nombreux avantages, cette technologie s'est toutefois imposée dans la production en série.

Les avantages associés à ce processus comprennent une plus grande liberté de conception ainsi qu'une large gamme de matières premières utilisables, allant de plastiques extrêmement légers et résistants au feu à une variété de métaux. En général, dès qu'un avion prend l'air, les pressions en matière de coût et de sécurité deviennent des éléments moteurs importants. Il est donc important de choisir le juste milieu lors de l'introduction de nouvelles technologies. MTU Aero Engines, premier fabricant allemand de moteurs, a adopté une approche stratégique progressive de l'utilisation de la fabrication additive.

L'entreprise utilise actuellement sept machines EOS. "Il y a une dizaine d'années, nous avons commencé par fabriquer des outils et des composants de développement", explique Karl-Heinz Dusel, directeur des technologies rapides chez MTU. "Afin d'optimiser l'utilisation des capacités et de mettre en œuvre notre plan par étapes, nous avons cherché d'autres domaines dans lesquels nous pourrions appliquer la technologie. Le principal défi consistait à tenir compte des coûts et de la sécurité, d'une part, et à poursuivre l'innovation stratégique, d'autre part.

Solution

Fabrication additive de bossages pour le turbo-ventilateur à engrenages de la nouvelle génération de moteurs PurePower® PW1100G-JM pour l'Airbus A320neo.

Les bossages du Borescope seront utilisés sur la dernière génération de moteurs - le Geared Turbo Fan (GTF) - et ils seront fabriqués à l'aide de machines EOS. "Au début de la deuxième phase, nous avons commencé à produire des composants bruts qui remplaçaient des pièces existantes. Les bossages des alésages des turbines basse pression des A320neo-GTF entraient dans cette catégorie", explique Karl-Heinz Dusel. Ces petits composants complémentaires permettent aux techniciens de vérifier l'état des aubes de turbine à l'intérieur du moteur à l'aide d'endoscopes. Les pièces sont rivetées au carter de la turbine afin de créer une ouverture pour l'endoscope, que l'on appelle dans le secteur aérospatial "borescope". La résistance à la chaleur et la durabilité sont les principales caractéristiques de l'alliage à base de nickel utilisé. Ce matériau de haute qualité permet d'obtenir les meilleurs résultats exigés par le composant, mais il est difficile à usiner. Heureusement, un tel problème peut être facilement résolu grâce à la fabrication additive. MTU étant également producteur de matières premières, l'entreprise a pu développer une nouvelle chaîne de processus, qui a été approuvée et intégrée dans le système de fabrication. L'ensemble du processus de fabrication est étayé par un système de contrôle spécialement développé par MTU. Une surveillance en ligne permet de saisir chaque étape et chaque couche de la production. En outre, de nouvelles procédures d'assurance qualité ont été introduites, telles que la tomographie optique. L'autorité fédérale allemande de l'aviation a même certifié les machines EOS. Dans le passé, les bossages de l'alésage étaient moulés ou fraisés à partir d'un solide, mais les turbines basse pression du turbo-ventilateur à engrenages de l'A320neo sont les premières turbines à être équipées en série de bossages d'alésage produits par fabrication additive. Ce sont surtout les avantages en termes de coûts de la technologie EOS qui ont été déterminants, tant pour la production elle-même que pour les phases de développement.

Résultat

L'approche stratégique s'est avérée payante pour MTU, tout comme la collaboration étroite et positive avec EOS. Les préparatifs pour la production en série des bossages d'alésage ont maintenant commencé. Il est prévu de produire 16 pièces par commande, soit un total de 2 000 pièces par an. Les économies en pourcentage, par rapport aux processus précédemment établis, devraient être à deux chiffres et la qualité est déjà à un niveau élevé. MTU et EOS travaillent ensemble pour optimiser encore la finition du composant, en particulier les surfaces lisses, dans le but d'atteindre la perfection dans la mécanique structurelle.

MTU voit un grand potentiel pour la fabrication d'autres composants en série pour la construction de moteurs aéronautiques, tels que les paliers ou les pales de turbines - qui doivent tous deux répondre aux exigences les plus élevées en termes de sécurité et de fiabilité. L'objectif de MTU : d'ici 15 ans, une part importante des composants devrait être fabriquée à l'aide de l'impression 3D industrielle. La technologie EOS contribue ainsi à la compétitivité de l'entreprise, active dans l'un des secteurs les plus exigeants au monde.