La fabrication additive remplace les solutions CNC pour ce fabriquant d'avions

« Je peux imprimer une pièce FDM en dépôt de fils en 10 minutes alors qu’un programme CNC me prendrait généralement 4 heures »
Jacob Allenbaugh, ingénieur fabrication, Piper Aircraft

Piper Aircraft fabrique des avions commerciaux, personnels et d’entraînement monomoteur et bi-moteur. Le PiperJet Altaire est un turbopropulseur monomoteur mis au point par la société et pouvant accueillir un pilote et cinq passagers. Il a une vitesse de croisière prévue de 360 nœuds et une autonomie de 1 300 miles nautiques. Le premier vol de l’Altaire a été prévu pour 2012. La certification a été attendue à la fin 2012 et la livraison aux clients en début 2014.

Piper fait appel à la technique d’hydroformage pour produire des centaines de composants structuraux en aluminium de l’avion tels que le cadre intérieur, les goussets, les fixations, les membranes, etc. Dans le passé, la société usinait des outils de formage en aluminium qui seront utilisés dans les machines d’hydroformage. L’usinage de ces outils géométriquement complexes a été coûteux en raison du temps nécessaire qu’il faut pour programmer chaque pièce ainsi que le coût élevé de l’exploitation de la machine et de la main d’œuvre qualifiée indispensable pour manipuler les machines CNC. A ceci s’ajoute la quantité considérable de matériaux de rebut à chaque opération.

Fred Jones, designer d’outillage chez Piper, a eu l’idée d’utiliser des outils FDM (Fused Deposition Modeling). La technologie FDM est un procédé de fabrication additive qui consiste à construire des pièces en plastique couche par couche, en utilisant des données CAO. Il a constaté que le polycarbonate FDM peut résister à des pressions d’hydroformage de 200 à 400 bar. Il est donc adapté pour toutes les pièces structurales produites par Piper. Pour les applications d’hydroformage impliquant des pressions plus élevées, les outils de formage en ULTEM 9085 peuvent supporter des pressions jusqu’à 700 bar.

Jones et Jacob Allenbaugh, ingénieur fabrication, ont travaillé ensemble avec Vince Denino, chargé de clientèle chez Prototyping Solutions, (à Birmingham, en Alabama) pour déterminer la machine FDM qui convient à la société. « Nous avons recommandé le Fortus 900mc, parce qu’il propose un plateau de fabrication de 91cm x 61cm x 91cm. Cette machine fournit également un niveau élevé de précision », a déclaré Denino.

Piper a déjà produit des dizaines d’outils de formage avec la machine d'impression 3D Fortus, ainsi que des accessoires de forage. Au cours du procédé d’hydroformage, la feuille de métal est pressée contre l’outil de formage pour la forcer à prendre sa forme finale. Les outils de formage en PC sont légèrement plus grands que ceux en aluminium, parce que le PC a un taux de déformation plus élevé que l’aluminium. Après le formage, les accessoires de routage et de forage sont ensuite utilisés comme un guide pour les opérations de routage et de forage qui constituent la phase finale de la construction.

Piper a réalisé des économies de temps substantielles en utilisant des outils de formage FDM. « Je peux programmer une pièce FDM en 10 minutes alors qu’un programme CNC me prendrait généralement 4 heures », a déclaré Allenbaugh. « La machine FDM est beaucoup plus rapide qu’une machine CNC. Elle ne nécessite pas l’assistance permanente d’un opérateur. Les matériaux de rebut avec le FDM sont bien inférieurs à l’usinage CNC, car le matériau de support FDM est inférieur à 20% du poids total. »

L'impression en depôts de fils FDM offre également la possibilité d’améliorer le design des pièces structurales. Le processus d’usinage CNC limite intrinsèquement les géométries qui peuvent être usinées pour les outils de formage. Ceci contraint à son tour la géométrie des pièces finies. Allenbaugh pense qu’il est désormais possible de construire un avion plus performant en utilisant des pièces aux formes complexes et organiques construites avec l’outillage de formage FDM. Piper se penche aujourd’hui sur la possibilité de construire des pièces finies FDM pour l’Altaire et d’autres aéronefs.