Fabrication additive pour l’aéronautique : un nouvel équipement innovant à l’ISAE-SUPAERO  

L’Institut Clément Ader (ICA), unité mixte de recherche spécialisée dans l’étude des structures et des matériaux, qui travaille depuis 2011 sur des procédés de fabrication additive, a souhaité étendre ses recherches en fabrication additive à une technologie couvrant une plus large gamme de pièces aéronautiques.    L’ICA et le département de recherche en Mécanique des Structures et Matériaux de l’ISAE-SUPAERO (membre de l’ICA) viennent d’acquérir en partenariat une machine de fabrication additive issue d’une nouvelle technologie.

Un investissement en faveur d’une technologie prometteuse pour l’industrie du futur

Cette acquisition qui complète le parc machine de fabrication additive métallique de l’Institut Clément Ader, fonctionne grâce à une technologie innovante de dépôt de fil métallique fusionné à l’aide d’un arc  électrique (en anglais : Wire-Arc Additive Manufacturing, WAAM). Grâce à son taux de dépôt (supérieur à 2 Kg/heure), cette technologie figure comme la plus prometteuse pour fabriquer des préformes et des pièces de structure semi-finies en titane, en aluminium ou en multi-matériaux pour l’industrie aéronautique. 

Actuellement les pièces de mat du réacteur, les longerons et autres pièces de grandes tailles (jusqu’à plusieurs mètres) sont usinées dans la masse ce qui génère une grande quantité de déchets sous forme de copeaux. 

Les enjeux de cette technologie portent sur deux axes prioritaires : 

– la transition environnementale et énergétique, le procédé basé sur l’utilisation de « la juste matière à la juste place » vise la diminution de l’énergie consommée, le temps de fabrication et l’impact environnemental ; ce procédé permet également de rationaliser la consommation des métaux rares ; – la transformation numérique permettant la fabrication de produits nouveaux et personnalisés. 

En parfaite cohérence avec les orientations de l’Etat et de la Région, un Contrat de Plan Etat Région (CPER) associant le ministère des Armées, la Région Occitanie et Toulouse Métropole a permis le financement de cet investissement de 700 000 € :  300.000 euros de la Région, 295.000 euros de l’Etat et 105.000 euros de Toulouse Métropole. De plus, l’ISAE-SUPAERO a financé les frais d’infrastructure et d’installation pour un montant de 100 000 €.

Des recherches pour un transfert à l’échelle industrielle

Les applications visées pour le secteur aérospatial imposent une parfaite maîtrise du procédé afin de permettre son déploiement chez les fabricants d’aérostructures et de pièces de moteurs. « Les recherches de l’ICA et de l’ISAE-SUPAERO vont permettre de modéliser et de caractériser les pièces fabriquées par ce procédé et de définir de nouvelles méthodes de conception et d’optimisation des pièces aéronautiques » précise JeanFrançois Ferrero, directeur de l’Institut Clément Ader.

Pour cela, les chercheurs orientent leurs études vers trois sujets innovants : 

• la conception et la fabrication hybride intégrant l’utilisation de plusieurs procédés de fabrication additive pour concevoir et fabriquer des pièces aéronautiques complexes de taille industrielle (allant jusqu’à 1 m³).
• la fabrication des pièces en multi-matériaux permettant ainsi d’économiser les matériaux rares ou très énergivores. 
• la réparation des pièces à haute valeur ajoutée.

Anis Hor, chercheur à l’ISAE-SUPAERO, spécialisé en mécanique des matériaux, indique « la machine de dépôt de fil métallique est utilisée par nos élèves-ingénieurs, doctorants et chercheurs pour concevoir et fabriquer de nouvelles pièces avec de nouveaux matériaux.  Par ailleurs, le développement de l’instrumentation et du monitoring du procédé WAAM est une étape cruciale pour la qualification de ces nouvelles pièces en aéronautique et la progression de jumeaux numériques. » 

Des projets de collaboration avec des industriels sont en cours de réalisation notamment avec Segula Technologies pour fabriquer des réservoirs de stockage d’énergie en multi-matériaux et en discussion avec Airbus et Safran intéressés par l’évolution du procédé WAAM.

Avec cet équipement de pointe, l’ISAE-SUPAERO et l’Institut Clément Ader renforcent leur potentiel d’innovation pour une industrie plus durable et performante, en lien direct avec les enjeux technologiques et environnementaux.

Source: Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace