Louvain, le 15 décembre 2021. Lorsque l'Agence Flandrienne du Territoire (VLM) a voulu attirer l'attention des visiteurs sur une ancienne dispersion ou un bunker militaire ouvert pour le stockage d'avions à Honsem (Boutersem), ils cherchaient un point d'ancrage pour le développement planifié du paysage rural. Un élément qui témoignerait de l'importance historique de la région pendant la Seconde Guerre mondiale.
Une maquette grandeur nature d'un avion de reconnaissance belge des années 1930, le Renard R31, était un choix judicieux. Pour concrétiser leur vision, VLM s'est associé à Materialise Manufacturing pour produire le modèle par impression 3D (voir base de données). https://www.hangarflying.eu/erfgoedsites/artistieke-replica-van-de-renard-r31/).
Amusant et moderne, n'est-ce pas ? Mais Materialise est bien plus que cela. Situé en périphérie de Louvain, Materialise est une référence dans des secteurs comme automobile, la santé, les biens de consommation, l’art et le design, et l’aviation.
Materialise possède des bureaux dans le monde entier, le plus grand groupe de développeurs de logiciels du secteur et l'une des plus grandes installations d'impression 3D au monde. L'entreprise produit 700 séries de pièces par an pour des clients du secteur aéronautique, des fabricants d'équipement d'origine (OEM) aux services de maintenance, de réparation et de révision (MRO) et aux fournisseurs, dont environ 26 000 pièces par an pour le seul Airbus A350.
R&D et MRO au 21e Siècle
L’intérêt pour le sur place en à la demande Le potentiel de création de pièces et de composants à l’aide de la fabrication additive (AM) et de l’impression 3D est répandu dans l’ensemble de l’industrie aérospatiale – des OEM aux MRO et au secteur émergent de la mobilité aérienne urbaine (UAM).
L'entreprise est actuellement le seul fournisseur à proposer des services de production dans deux technologies d'impression 3D approuvées par Airbus pour les pièces prêtes à voler, et est devenue en mai 2021 le premier fabricant Airbus pour la technologie de frittage sélectif par laser (SLS).
L'année dernière, lors du salon MRO Europe 2021 à Amsterdam, Materialise a annoncé un partenariat avec Proponent pour transformer les chaînes d'approvisionnement du marché secondaire de l'aéronautique grâce à l'impression 3D. Proponent, dont le siège social est situé en Californie, est le aller à Distributeur de pièces détachées pour avions, proposant des services de distribution traditionnels aux compagnies aériennes, aux MRO et aux équipementiers, ainsi que des solutions de gestion des stocks. L'entreprise livre 54 millions de pièces par an à plus de 6 000 compagnies aériennes clientes dans plus de 100 pays.
Erik de Zeeuw, responsable du marché aérospatial chez Materialise, s'est récemment entretenu avec Farnborough International sur l'utilisation actuelle de l'impression 3D et de la fabrication additive (FA) par les entreprises aérospatiales, ainsi que sur le potentiel accru de ces technologies. Résumé de la conversation :
Votre entreprise est impliquée dans la fabrication additive depuis les débuts de cette technologie. Pourriez-vous nous présenter l'évolution des pièces imprimées en 3D prêtes à voler depuis la création de Materialise en 1990 ?
Erik de Zeeuw : « Autrefois, un projet commençait par prototypage rapideNous avons donc imprimé des prototypes pour de nouveaux développements qui auraient été fabriqués de manière conventionnelle. Le prototypage a été l'une des premières applications phares de l'impression 3D, car il permet de valider rapidement les conceptions. Il représente toujours une part importante de notre activité, mais au fil des ans, la technologie a gagné en maturité et présente aujourd'hui des avantages reconnus comme technique de fabrication de pièces finales.
Vers 2014/15, nous avons franchi un tournant : Airbus nous a contactés pour devenir son fournisseur qualifié. Nous avons également fourni nos premières pièces à d'autres équipementiers et entreprises de maintenance et de réparation (MRO) et obtenu deux certifications (EN9100 et EASA 21.G) nous permettant de produire des pièces volantes certifiées. Dans l'aéronautique, les séries sont plus petites et les avantages de la fabrication additive légère sont prometteurs ; ce secteur suscite donc un intérêt croissant.
Les problèmes de chaîne d'approvisionnement sont un sujet brûlant. Quel rôle joue la fabrication additive pour les résoudre ?
Erik de Zeeuw : « La fabrication additive elle-même n'a pas beaucoup souffert des pénuries générales de la chaîne d'approvisionnement pendant la pandémie ; la fabrication additive ne représente actuellement qu'une petite partie du marché de la production et est utilisée avec des matériaux de qualités spécifiques. En revanche, la fabrication additive est devenue une solution pour d'autres industries afin de pallier les pénuries ; c'est une alternative pour produire des pièces spécifiques. » à la demande et produire localement, là où la production traditionnelle et les fournisseurs étrangers n’ont pas pu approvisionner en raison de la crise du Covid. »
Pouvez-vous donner quelques exemples des pièces aérospatiales les plus populaires en cours de fabrication ?
Erik de Zeeuw : « Il y a deux grandes catégories : d'une part, les applications « super-héros », très difficiles à réaliser et à certifier, mais qui retiennent toute l'attention des médias. Un exemple populaire est celui de General Electric. L'entreprise a identifié le potentiel de la fabrication additive pour fabriquer des pièces métalliques complexes dans le moteur afin de réduire le poids et d'assembler les pièces. Elle a investi des ressources considérables dans ce produit, mais il a rencontré un franc succès en démontrant les avantages de la fabrication additive en termes de réduction du poids, de réduction des composants et d'ajout de fonctionnalités, le tout dans une application capable de voler en toute sécurité. »
L'autre catégorie est celle des héros « méconnus ». Il est désormais possible de créer des pièces de faible valeur, voire non critiques, grâce à la fabrication additive. On le retrouve presque partout dans les avions, notamment à l'intérieur de la cabine, par exemple pour les panneaux de sortie ou les porte-stylos. La majorité des pièces que nous produisons relèvent de ce domaine. Dans ce domaine, les avantages de la fabrication additive en termes de conception ne sont pas encore pleinement exploités – les conceptions sont globalement identiques à celles de la fabrication traditionnelle – mais elle offre néanmoins des avantages. chaîne d'approvisionnement-avantages. Sur le aftermarket Par exemple, les compagnies aériennes n'ont généralement besoin que de quelques exemplaires de chaque composant, mais la fabrication conventionnelle les obligerait à commander des quantités minimales importantes qu'elles devraient ensuite conserver en stock. La fabrication additive permet de produire des lots à partir d'une seule unité. Ces applications à faible criticité constituent également un excellent moyen pour les entreprises aéronautiques de se familiariser avec la technologie et de passer progressivement à des produits à criticité plus élevée.
Pouvez-vous expliquer comment la technologie peut soutenir le développement des secteurs de la mobilité aérienne urbaine/drone ?
Erik de Zeeuw : « Il y a un course vers le ciel Avec un nombre considérable de projets dans ce segment, tous visant à lancer la production d'avions ou à obtenir leur certification dans les deux à cinq prochaines années, le développement produit est continu et nécessite des itérations, du prototypage, la fabrication de ponts : autant de fonctionnalités que la fabrication additive peut offrir. C'est le cas du Lift Aircraft, où nous avons utilisé l'impression 3D pour itérer un avion eVTOL, d'une simple feuille de papier à un vol habité pour notre client en un peu plus d'un an. Pour en savoir plus sur le projet, consultez la section « LIFT Aircraft, la start-up eVTOL, et sa mission radicale : démocratiser le vol ».
Erik de Zeeuw : « Les avions de mobilité urbaine utilisent généralement la propulsion électrique, ce qui signifie qu'ils doivent être aussi légers que possible pour maximiser l'autonomie de la batterie. Léger rime presque automatiquement avec complexité : pensez à des intérieurs en treillis et à des composants optimisés topologiquement, par opposition à un bloc solide. La garantie des propriétés des composants, les tests et les inspections dans cet environnement sont tout aussi complexes. On comprend donc la prudence justifiée des autorités de réglementation. Parallèlement, les avantages de la fabrication additive dans cette application sont évidents. Le potentiel de la fabrication additive sur ce marché est évident ; il sera certainement présent à l'avenir. »
En regardant vers le reste de la décennie, quels changements ou problèmes prévoyez-vous voir dans le domaine de la fabrication additive ?
Erik de Zeeuw : « Dans l'industrie aérospatiale, créer et certifier une conception n'est pas chose aisée. La fabrication additive est un processus très sensible : de nombreux facteurs influencent la qualité d'un produit, et tous doivent être surveillés. Les connaissances sont encore embryonnaires. Nous savons ce que nous devons faire, mais c'est très intensif et il faut être très rigoureux pour y parvenir. »
Les entreprises et les régulateurs recherchent un meilleur contrôle des processus. Obtenir une production hautement stable et prévisible nécessite encore des développements importants. C'est un défi pour les entreprises souhaitant mettre en œuvre l'impression 3D, mais l'ensemble du secteur s'y intéresse et y travaille spécifiquement pour le secteur aérospatial. Ce domaine évoluera et mûrira progressivement au cours de la prochaine décennie. Chez Materialise, nous avons déjà pris des mesures pour standardiser la génération de données et ouvrir notre lac de données à nos partenaires du secteur aérospatial afin de les accompagner dans leurs efforts de qualification.
Concernant les matériaux, l'industrie a jusqu'à présent utilisé des matériaux de qualité aéronautique, mais principalement conçus par l'industrie de la fabrication additive. Le développement de matériaux pour l'impression 3D est assez complexe, mais d'autres matériaux sont adaptés aux besoins spécifiques de l'aérospatiale : des polymères hautes performances et des alliages métalliques plus spécifiques sont actuellement en cours de développement.
Il serait assez intensif de remplacer les pièces existantes par l'impression 3D, mais je suppose que si vous êtes à feuille propre À mesure que le développement aéronautique progresse, cette question sera de plus en plus prise en compte. Notre espoir ultime est que la fabrication additive soit considérée comme une technologie utilisée pour la production de pièces complexes ou en petite série, et non plus comme une spécialité. Cependant, le personnel devra être formé. Les ingénieurs concepteurs, etc., devront comprendre son fonctionnement et ses possibilités.
Comment le facteur de durabilité de la fabrication additive est-il augmenté chez Materialise ?
Le message dominant concernant la fabrication additive est qu'il suffit d'imprimer ce dont on a besoin, et qu'en ce sens, la fabrication additive est une technologie durable. Mais le véritable message est : « Comment pouvons-nous rendre la fabrication additive plus durable ? » À l'instar d'autres entreprises d'impression 3D, nous utilisons une main-d'œuvre importante et des matériaux spécialisés qui ne sont pas totalement sans impact.
Nous avons défini le développement durable comme un élément stratégique clé et mis en œuvre diverses méthodologies pour y parvenir. Nous avons renforcé notre reporting annuel sur le développement durable, conformément au Pacte mondial des Nations Unies, adopté diverses méthodologies de gestion environnementale, telles que la norme ISO 14000, et évolué d'une approche réactive vers une approche proactive.
Nous nous engageons à fournir des informations fondées sur la science (https://sciencebasedtargets.org/) pour réduire de moitié nos émissions d'ici 2025. Ces actions, que nous menons à différents niveaux, sont intégrées à nos systèmes de gestion, structurées et ambitieuses. Parmi nos réalisations récentes, citons l'amélioration circulaire de notre matériau polymère le plus couramment utilisé et une nouvelle politique de transport aérien interdisant les vols de moins de 400 kilomètres. Nous travaillons également à alimenter tous nos bureaux dans le monde en énergie verte d'ici fin 2022. Plusieurs actions s'inscrivent dans un plan mondial plus vaste.
« Le reporting environnemental n’est pas une pression que nous subissons actuellement de la part de nos clients compagnies aériennes, mais elle vient davantage de nos investisseurs, de certains marchés verticaux, de nos consommateurs et surtout de nos propres employés. »
La start-up eVTOL LIFT Aircraft et sa mission radicale : démocratiser le vol
LIFT Aircraft Inc. est une entreprise américaine spécialisée dans les eVTOL (décollage et atterrissage verticaux électriques). Son équipe internationale s'est donnée pour mission simple de rendre l'expérience de pilotage accessible à tous. L'équipe, dirigée par Matt Chasen, PDG, a utilisé des technologies de pointe – des batteries aux matériaux, de la conception générative à la fabrication additive – pour passer d'une feuille blanche à un vol habité en moins de treize mois. Nous avons discuté avec Matt Chasen, PDG, Balazs Kerulo, ingénieur en chef, et Charles Justiz, ancien pilote d'essai de la NASA, du rôle joué par l'impression 3D dans leur parcours et de la manière dont ils parviennent systématiquement à trouver le juste équilibre entre vitesse et sécurité.
Vous avez immédiatement adopté un modèle économique clair. Il ne s'agissait pas d'un inventeur fou ; vous aviez dès le départ une stratégie claire pour la production en série.
Matt Chasen : « C’est exact. Nous ne nous sommes pas lancés dans un simple projet de R&D de dix ans. Nous avons d’abord cherché une réelle opportunité commerciale. Nous avons trouvé cette catégorie réglementaire américaine appelée « aéronefs ultralégers ». Le défi consiste à respecter les restrictions de poids de cette catégorie. Nous y sommes parvenus en optimisant le poids de l’impression 3D et d’autres technologies. Cela nous a permis de commercialiser nos produits sans certification EASA – et une licence de pilote n’est même pas requise ! Pour notre mission de démocratisation de l’aviation, c’est tout simplement parfait. »
Vous avez réalisé votre premier prototype très rapidement. Comptez-vous poursuivre sur cette lancée ?
Matt Chasen : « Oui ! Nous avons utilisé l’impression 3D pour transformer un avion en vol habité en un peu plus d’un an. Nous y sommes parvenus en imprimant en 3D de nombreuses pièces nécessaires à nos différents prototypes, qui ont ensuite très vite évolué vers l’un des tout premiers avions eVTOL de série au monde. »
Et nous voulons maintenir ce rythme. Dans l'aviation, les avions certifiés ont généralement des cycles de production extrêmement longs. Car une fois qu'un produit est développé et certifié, il est extrêmement difficile et coûteux de le modifier ou d'en créer un nouveau. On continue donc à faire la même chose. Cela freine vraiment l'aviation dans sa progression.
D'autres industries se réinventent et se multiplient, et l'on observe des cycles de vie des produits beaucoup plus rapides dans le secteur technologique ! La certification n'étant pas obligatoire, nous pouvons viser des cycles de vie beaucoup plus proches de ceux du secteur technologique. Nous visons un cycle de deux à trois ans, au lieu des vingt à trente ans habituels de l'industrie aérospatiale. L'impression 3D y contribue en partie.
Grâce à la fabrication additive, inutile d'investir dans des commandes massives nécessitant des moules et tout ce matériel coûteux, uniquement pertinent pour des dizaines de milliers d'exemplaires. Si l'on ne produit qu'un millier d'exemplaires, l'impression 3D est bien plus économique. De plus, elle est plus rapide, ce qui permet de fabriquer plus vite et d'améliorer continuellement le produit, et de lancer la prochaine version bien plus tôt.
Mais vous avez utilisé l’impression 3D non seulement pour la vitesse, mais aussi pour la légèreté, pour rester dans cette catégorie ultralégère.
Matt Chasen : « C’est exact. Nous sommes très focalisés sur le poids. Si nous sommes trop lourds, nous sommes condamnés à la faillite. Il s’agit donc d’exploiter le titane et d’autres métaux imprimés en 3D. Je vais laisser Balazs, notre ingénieur en chef, vous expliquer plus en détail ce que nous avons rendu possible. Il a utilisé des approches comme la conception générative pour concevoir des structures ultra-légères, tout simplement impossibles sans la technologie d’impression 3D. »
Vous êtes particulièrement fier de la conception d'un composant particulier, le pylône. Pourquoi est-il important et que vous a permis de réaliser la 3DP ?
Balazs Kerulo : « Notre transmission est distribuée. Cela signifie que nous avons dix-huit moteurs et dix-huit batteries. C’est un avantage pour la sécurité, mais cela signifie aussi que chaque composant lié à la transmission doit être multiplié par dix-huit. Chaque gramme est multiplié par dix-huit. Nous devons donc concevoir ces composants avec une grande efficacité. »
Le pylône est probablement le plus important de tous. Il relie le moteur à l'avion. Toutes les forces le traversent. Le concevoir pour résister à toutes les forces – couple, forces dynamiques, etc. – a été un défi. C'est l'une des premières pièces sur lesquelles nous avons travaillé, et pour laquelle nous avons utilisé la conception générative. Nous avons choisi le titane, puis utilisé un processus de conception générative défini par matériau pour le développer.
La conception générative s'est avérée très utile ici, car il nous suffisait de spécifier les contraintes : forces, couple et caractéristiques de fatigue recherchées. L'ordinateur a immédiatement proposé une excellente solution, qui nous a plu et qui a fonctionné. Or, cette structure ne pouvait être réalisée que par impression 3D.
La technologie de fabrication étant très récente, nous utilisons des coefficients de sécurité très élevés. Le coefficient que nous avons appliqué à cette pièce est d'environ dix. La pièce est très légère et pourrait être encore réduite, mais nous souhaitons conserver ce coefficient élevé pour le moment. Nous effectuons actuellement des tests de fatigue sur cette pièce et, si les résultats sont satisfaisants, nous pourrons abaisser ce coefficient. Cependant, les pièces sont déjà si légères que nous devrons peut-être les conserver telles quelles, sachant que nous pourrons les réduire encore davantage si nous le souhaitons.
Peut-être devrions-nous faire intervenir Charles à ce stade et lui demander, en tant que pilote d'essai, ce qu'il en pense. Commençons par ce facteur de sécurité de dix, qui est vraiment très élevé pour l'aviation.
Charles Justiz : « Dix, c'est un chiffre assez élevé. Mais nous en avons besoin car nous sommes très légers. Si nous voulions un coefficient de sécurité plus faible, il nous faudrait renforcer la structure à d'autres endroits pour réduire les vibrations et la sensibilité à la flexion de la carrosserie, et nous aurions alors un véhicule plus lourd. Nous évaluons ici les risques, les coûts et le poids. »
Vous avez examiné tout cela du point de vue d'un pilote d'essai. Où avez-vous constaté le plus grand avantage de l'impression 3D dans ce processus ?
Charles Justiz : « La facilité de construction est souvent citée comme un avantage majeur de l'impression 3D, mais c'est en réalité la facilité de reconstruction ! Si vous avez un prototype de véhicule et que vous vous dites : "Oups, ça n'a pas marché. La répartition des charges n'est pas celle que j'attendais ; la torsion n'est pas celle que j'attendais ; j'ai eu des turbulences et le véhicule a tremblé comme ça, ce n'est pas acceptable", vous devez tout recommencer ! Vous pouvez ensuite attendre six mois pour fabriquer un nouveau moule pour couler la pièce, ou vous pouvez dire : "Voici les nouvelles spécifications, la CAO/FAO est bonne, elle répond au besoin – imprimez-la pour moi." Dans 99,9 % des cas, vous obtenez une pièce qui répond exactement à vos spécifications. C'est un avantage considérable pour le prototypage rapide. »
Cette approche répétable et méthodique semble ancrée en vous trois. Tout cela dégage une impression de rapidité et de prudence. C'est une approche mesurée.
Charles Justiz : « Nous sommes très rapides et très prudents. Ce qui est très difficile ! »
Matt Chasen : « Tout cela se résume à notre philosophie générale, qui repose sur la sécurité. Dès le départ, j'ai mis Balazs au défi de répondre principalement à la catégorie ultralégère, mais à partir de là, nous avons entièrement optimisé notre conception pour la sécurité. Par exemple, nous n'avions aucune exigence de vitesse. »
Nous ne cherchons pas à vous amener rapidement à un endroit précis. Nous optimisons votre expérience de vol. flotter Et d'aller assez vite pour réaliser certaines tâches. D'autres acteurs du secteur des eVTOL tentent de réussir deux choses, et c'est très difficile : voler avec des ailes, mais aussi décoller et atterrir verticalement. Si vous ajoutez des ailes, elles deviennent un poids mort en vol stationnaire et réduisent les facteurs de sécurité.
La sécurité est au cœur des choix de conception, des technologies de production et de toutes les autres étapes du processus de développement. Dès le départ, notre mission a été de garantir un accès universel ; il est donc tout à fait logique de privilégier la sécurité. Pourquoi ? Parce que tout risque introduit doit être en phase avec les compétences, ce qui exclut les personnes, et c'est précisément ce que nous cherchons à éviter. Balazs Kerulo : « Nous ne lancerons rien tant que nous ne serons pas certains de pouvoir offrir une expérience sûre et stimulante, mais surtout sûre. C'est là que nous avons véritablement démocratisé l'aviation. »
