Fabrication additive à arc filaire pour modèles de soufflerie

par Dr Filomeno Martina, fondateur et PDG, WAAM3D

À l’échelle mondiale, le marché des souffleries devrait atteindre 3,19 milliards de dollars américains en 2027, avec un TCAC de +3,3 %. Depuis que les premières souffleries fermées sont devenues opérationnelles dans les années 1800, elles ont prouvé leur valeur dans les enquêtes aérodynamiques et ont joué un rôle fondamental dans tous les grands programmes aéronautiques. Alors que les véhicules aériens sans pilote (UAV) deviennent de plus en plus populaires, les modèles de soufflerie montrent une fois de plus leur potentiel pour aider les ingénieurs à améliorer le rapport portance/traînée (ou rapport L/D) de ces composants et de nombreux autres composants aérospatiaux.

Dans cet article, le Dr Filomeno Martina, PDG et co-fondateur de WAAM3D, explique comment l'impression 3D métal est utilisée par les entreprises de recherche aérospatiale pour améliorer le développement de leurs produits et l'innovation, ainsi que les performances de ces prototypes.

Les tests et le développement d'une pièce aérospatiale via la conception d'un prototype peuvent être un processus long, fastidieux et coûteux. Cependant, cette étape est vitale car plus le prototype est efficace, meilleur est le produit fini. En plus d'être utilisés pour les phases avancées et de pré-production, les prototypes métalliques peuvent également être utilisés en amont, notamment lorsqu'il s'agit d'évaluer les performances mécaniques et fonctionnelles. Les prototypes métalliques peuvent être fabriqués à partir d'aluminium, d'acier ou d'autres matériaux et créés à l'aide d'une gamme de processus tels que l'usinage CNC, le formage de tôles, le moulage ou l'impression 3D de métal.

La fabrication additive Wire Arc (WAAM) est une technique d’impression 3D métallique qui a le potentiel de transformer la production de prototypes et de composants aérospatiaux à grande échelle. En effet, il évite les déchets coûteux associés à l'usinage de matériaux tels que le titane et peut créer des structures moins complexes, de moyenne à grande échelle, dans une gamme de matériaux (du titane, de l'aluminium, des métaux réfractaires, de l'acier, du bronze et du cuivre à l'Invar, Inconel et magnésium). Il est particulièrement adapté à la construction de composants d'avions de taille moyenne à grande, tels que des cruciformes, des brides, des panneaux raidis et des nervures d'aile.

RoboWAAM est la plateforme d'impression additive métallique grand format 3D de WAAM3D (Image : WAAM3D)

Ces dernières années, l'Aircraft Research Association Ltd (ARA), basée à Bedford, au Royaume-Uni, a étudié les moyens d'améliorer les délais et les coûts de création de modèles. Ayant passé de nombreuses années à fournir des services de recherche et de développement indépendants à l'industrie aérospatiale britannique, la société possède une clientèle mondiale s'étendant de la côte ouest de l'Amérique du Nord, en passant par l'Europe et l'Extrême-Orient de l'Asie. ARA est également reconnu comme centre d'excellence en aérodynamique et, ayant travaillé sur de nombreux projets innovants pour les principaux fabricants mondiaux d'avions commerciaux et de systèmes de défense, il est habitué à repousser les limites de la conception pour obtenir un avantage technique.

Après avoir étudié le potentiel d'une aile en acier avec les fondateurs de WAAM3D et leur équipe de Cranfield, les ingénieurs aérodynamiques de l'ARA savaient que WAAM avait le potentiel de réduire les délais et les coûts des modèles de soufflerie. Pour tester cette théorie, ARA a choisi un cône de nez en aluminium de 190 mm de diamètre et 350 mm de longueur à produire à l'aide du procédé WAAM qui pourrait être intégré dans un modèle de soufflerie dans le cadre d'un programme financé par la recherche et l'innovation Clean Sky 2 (en vertu de l'accord GA no. 864803).

Le cône de nez en aluminium de 190 mm de diamètre et 350 mm de long a été produit par la machine RoboWAAM (Image : WAAM3D)

Basé sur les recherches menées par l'Université de Cranfield depuis 2006, WAAM3D est un leader de la fabrication additive à grande échelle. Ayant l'expérience dans la fourniture de solutions clé en main basées sur des produits, services et matériaux développés en interne, l'équipe a travaillé en étroite collaboration avec ARA pour optimiser la conception du cône avant afin de garantir sa livraison en termes d'économies de temps et d'argent. Pour ce faire, l'équipe WAAM3D a pris en compte la géométrie et s'est assurée que la majorité de la matière première de la barre de départ était construite autour d'un amortisseur de vibrations intégré au cône avant. Cela a minimisé le matériau déposé, économisant du temps, de l’argent et du matériel.