PBF

L’objectif est de démontrer l’intérêt de la technologie PBF pour créer des échangeurs de chaleur plus compacts, ayant de bonnes performances thermiques et imprimés en 3D en une seule fois.

Répondre aux problématiques thermiques de l’industrie aérospatiale par la technologie de fusion sur lit de poudre (procédé PBF), c’est ce que proposent Temisth et PrintSky – la Joint-Venture AddUp SOGECLAIRE – dans le cadre d’un partenariat avec l’Agence spatiale européenne. Dans cette étude, l’objectif était de répondre aux besoins de l’industrie spatiale. La pièce a été produite en aluminium sur une machine FormUp 350® fournie par AddUp.

AVANTAGES DE L’IMPRESSION 3D MÉTAL:

La fabrication additive est pertinente pour les équipements thermiques. Elle permet de créer des canaux aux formes complexes, et donc d’améliorer les performances thermiques tout en diminuant le volume.

Cet échangeur thermique présente des parois fines (250 µm) et des canaux à double courbure impossibles à réaliser par des techniques conventionnelles.

Les tests réalisés sur banc d’essai ont permis de valider l’étanchéité de la pièce, ainsi que ses performances, très élevées au vu de la compacité de l’échangeur.

PrintSky a obtenu un accord de partenariat avec l’ESA (Agence Spatiale Européenne) pour le développement de cette pièce en aluminium.

Découvrez comment AddUp et PrintSky ont développé une pièce aéronautique avec un bon rapport rigidité/masse ainsi qu’une valeur technique et économique élevée.

Le CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives) s’est associé à AddUp pour créer la plateforme Famergie afin d’aider les industriels du secteur de l’énergie à développer des projets de réalisation de pièces par fabrication additive métallique. Le premier projet issu de ce partenariat est un démonstrateur d’échangeur-réacteur de méthanisation. Ce dispositif convertit le CO2 en méthane, qui peut être utilisé comme carburant synthétique. La réaction de méthanation se produisant à des températures et des pressions élevées, la conception de l’échangeur est cruciale pour l’efficacité et le contrôle de l’ensemble de la production de méthane. Lisez l’étude de cas sur l’impression 3D additive de la pièce de support aéronautique à l’aide de la machine FormUp 350®.

Contexte

PrintSky est une joint-venture entre le groupe AddUp expert en fabrication additive métallique et Sogeclair, un des leaders internationaux dans l’intégration de solutions à haute valeur ajoutée dans les domaines de l’aéronautique, de l’espace, du transport civil et militaire. Le CEA a chargé Printsky de revoir le design d’une pièce support habituellement usinée en s’appuyant sur les possibilités offertes par la fabrication additive pour réduire sa masse. Ce support doit également assurer avec précision ses fonctionnalités de maintien des équipements qu’il doit supporter et résister aux efforts auxquels il est sollicité.

MOYENS MIS EN CEUVRE

La société ESI a fourni le module de calcul. PrintSky s’est chargée de la partie conception du projet, développant sa propre expérience et méthodologie pour implémenter toutes les caractéristiques de la pièce métallique, en termes de mécanique et de fabricabilité. La production a ensuite été placée entre les mains des experts de AddUp qui ont imprimé en 3D cette pièce dédiée à l’aérospatiale sur leur machine FormUp 350.

AVANTAGES DE L’IMPRESSION 3D MÉTAL

Après optimisation topologique, la fabrication additive permet de développer des formes complexes, d’améliorer les performances et diminuer le volume d’une pièce métallique. Elle permet également de fabriquer des pièces d’une très grande robustesse. En effet, on n’ajoute de la matière qu’aux endroits nécessaires, soit pour reprendre les efforts soit pour assurer une fonctionnalité telle que fixation, surface d’appui ou autre. Un bon compromis rigidité / masse à forte valeur technico-économique pour une pièce aéronautique.

RESULTATS

Le support optimisé remplit les mêmes fonctions que le support d’origine, mais il permet une réduction de masse importante, impossible à atteindre avec les technologies conventionnelles.

L’utilisation de poudre fine a permis d’obtenir un bon état de surface et enfin la pièce a été fabriquée sans support, ce qui permet un gain de temps appréciable en post-process.

Un support de caméra imprimé en 3D, conçu pour résister aux accélérations et aux vibrations pendant le lancement dans l’espace et pour maintenir une caméra et son objectif en position pendant les phases de production d’une imprimante 3D métallique.

L’objectif du projet « Metal3D » est de caractériser les propriétés mécaniques d’un matériau produit en microgravité. Pour mener à bien cette expérience, deux lots d’éprouvettes sont produits par deux imprimantes identiques. Alors que le premier lot sera produit à Toulouse en gravité terrestre, le second sera construit dans l’espace, plus précisément dans le module Columbus de la station spatiale ISS (International Space Station), en microgravité.

Mission

« Metal3D » est une mission commandée par l’ESA (Agence spatiale européenne) en tant que démonstrateur technologique. Son objectif est de caractériser les propriétés mécaniques d’un matériau utilisé en microgravité réelle. Pour mener à bien cette expérience, deux lots d’éprouvettes sont produits par la même conception d’imprimante. Alors que le premier lot sera produit à Toulouse en gravité terrestre, le second sera réalisé dans l’espace, plus précisément dans le module Columbus de l’ISS en microgravité. Pour réaliser ces deux travaux d’impressions, nous avons conçu et fabriqué deux exemplaires identiques d’une machine de fabrication additive métallique capable de fonctionner dans les deux environnements. L’imprimante que nous avons conçue pour cette mission sera donc la première à imprimer des pièces métalliques dans l’espace.

Procédé

En l’absence de gravité, la majorité des procédés actuels de fabrication additive ne sont plus utilisables. Pour rendre possible la fabrication en microgravité, nous choisissons d’exploiter les forces induites par la tension superficielle. Nous utilisons un laser comme source d’énergie et un fil d’acier comme matière première. Le laser chauffe le substrat pour créer un bain liquide. Dans ce bain liquide, nous immergeons le fil d’acier. En poussant le fil dans le bain liquide, ce dernier se liquéfie également et augmente le volume du bain de fusion. Nous déplaçons ensuite le laser et donc le bain liquide vers la surface du substrat tout en déroulant le fil dans ce bain afin de créer une perle une fois le bain liquide solidifié. Une couche est constituée d’une ou plusieurs billes en fonction de la géométrie de la pièce à réaliser. Une fois la couche terminée, le processus recommence en utilisant la couche précédente comme substrat. De cette façon, couche par couche, une pièce volumétrique est créée.

Nous utilisons un fil 316L. Le laser et le fil sont fixés dans le bâti de la machine. C’est le plateau qui est rendu mobile grâce à 3 axes linéaires et 1 axe rotatif. La machine fonctionne sous azote afin de limiter l’oxydation du matériau et prévenir les risques de combustion. L’accès à l’azote étant limité dans l’ISS, cette atmosphère est recyclée tout au long du processus de fabrication par filtration et refroidissement.

Partenaires

La mission est pilotée par les équipes d’Airbus Defense & Space. L’Université de Cranfield fournit le laser, la chaîne optique et le système d’alimentation en fils du système. Hightech fournit l’enceinte de la machine, qui offre un système étanche et de refroidissement, ainsi que les interfaces entre la machine et le rack auquel elle est connectée. Airbus, en plus de piloter le projet, gère les aspects électroniques et sécurité de la machine.

Sur le plan mécanique, AddUp a la charge de la structure interne et de la partie mobile de la machine. AddUp gère également la carte de contrôle et les capteurs qui surveillent le processus. Du côté logiciel, AddUp a développé l’automate de la machine. Ce logiciel a plusieurs fonctions, il permet de communiquer avec le sol en envoyant différents types de données (mesures, photos, rapports, etc.) depuis la machine et en exécutant les commandes qu’il reçoit.

La liberté de conception liée à la fabrication additive métallique permet la réalisation de poignées sur mesure, de différentes dimensions, sans outillage, limitant ainsi les coûts et les délais de fabrication des pièces.

La liberté de conception liée à la fabrication additive métallique permet la réalisation de poignées sur mesure, de différentes dimensions, pour droitiers ou gauchers, sans outillage, limitant ainsi les coûts et les délais de fabrication des pièces. Lisez l’étude de cas sur le partenariat AddUp et PrintSky pour l’impression 3D d’un contrôleur ergonomique complexe.

La liberté de design liée à la fabrication additive métallique permet de réaliser des poignées person-nalisées, de différentes dimensions, pour droitier ou gaucher, sans outillage, limitant ainsi les coûts et le temps de fabrication des pièces.

Contexte

La poignée multiaxes est spécialement conçue pour le pilotage de véhicules exigeants (tourelles, drones, engins de levage, etc) alliant une excellente ergonomie et prévue pour une multitudes d’applications.

La société PrintSky s’est chargée de la partie concep-tion du projet pour implémenter les caractéristiques de la pièce métallique, en termes de mécanique et de fabricabilité. La poignée telle que dessinée permet une mise à jour de ses dimensions pour adapter forme et grip à chaque pilote, ainsi que la position et le type de bouton pour chaque application.

En optimisant la conception de la pièce pour le procédé de fusion laser sur lit de poudre (L-PBF), Printsky est parvenue à réduire l’épaisseur des parois de la poignée à 1 mm seulement, contre 3 mm pour les pièces fabri-quées par fonderie. La nouvelle poignée est plus légère donc plus facile à manier.La production a ensuite été placée entre les mains des experts de AddUp qui ont imprimé en 3D cette pièce métallique sur leur machine FormUp® 350.

Les advantages de la fabrication additive

La technologie L-PBF (Fusion sur lit de poudre) est par-ticulièrement adaptée aux applications qui demandent personnalisation, intégration de fonction et gain de masse, tout en présentant une résistance mécanique élevée.

Cette poignée fabriquée en 316L est d’une solidité remarquable et est parfaitement adaptée aux véhicules et machines tout-terrain. Son grip spé-cifique facilite la prise en main de la manette par le pilote. Cette pièce est une construction monobloc avec des inserts modulaires pour offrir une flexibilité de conception et une simplicité d’installation.