Quand la fabrication additive permet d’innover et de réduire les coûts

La fabrication additive va révolutionner les manières de faire de l’industrie, tant dans la réalisation des pièces elles-mêmes, que dans les processus mis en œuvre pour les obtenir. Nous avons ainsi eu l’occasion de rencontrer lors de JEC World, Diego Calderón qui nous a expliqué comment l’équipementier aéronautique espagnol Idec a pu innover et réduire à la fois ses coûts d’outillage, l’énergie nécessaire à ses process de production et le temps de réalisation de ses pièces.

Afin d’être suffisamment compétitifs pour décrocher de nouveaux contrats de production de pièces en matériaux composites destinées à l’aéronautique, nous devions impérativement réduire nos coûts et nos délais de production. Nous avons pour cela décidé d’opter pour un matériau composite innovant et d’évaluer la fabrication additive pour la réalisation de l’outillage de moulage de bords d’attaque d’ailes par un processus transfert de résine (RTM) utilisant une préforme », explique Diego Calderón, responsable du calcul de structures chez l’équipementier aéronautique espagnol Idec.

Javier Garcia, directeur de Wehl & Partner Ibérica
La réalisation de l’outillage en résine sur une machine F900 nous a demandé 56 heures de travail, alors que l’usinage d’un bloc d’aluminium ou de résine époxy sur machine à commande numérique aurait demandé 4 semaines en sous-traitance. » Le choix de la fabrication additive a permis de réduire de près de 70 % le coût de réalisation de l’outillage.

 

Habituellement les outillages destinés au moulage des pièces sont usinés à la forme voulue dans des blocs d’aluminium. Lors de la fabrication des pièces, ils sont portés entre 150 et 180°C dans un four pendant plusieurs heures pour assurer une bonne répartition de la résine injectée dans la préforme et une mise en forme correcte de la pièce.

“La réalisation de l’outillage en résine sur une machine F900 nous a demandé 56 heures de travail, alors que l’usinage d’un bloc d’aluminium ou de résine époxy sur machine à commande numérique aurait demandé 4 semaines en sous-traitance”, constate Javier Garcia, directeur de Wehl & Partner Ibérica. Le choix de la fabrication additive a permis de réduire de près de 70 % le coût de réalisation de l’outillage.

Ici, dans le cadre d’un projet européen cofinancé par l’état espagnol, nous avons décidé de faire complètement évoluer le process de fabrication d’une pièce déjà existante. Plutôt que de placer la préforme dans un moule métallique et de la chauffer dans un four, tout en lui injectant de la résine sous pression, nous avons décidé d’utiliser une préforme réalisée avec des nappes de fibres conduisant l’électricité. En la branchant, la préforme se transforme en une résistance chauffante qui atteint très vite la bonne température de travail, réduisant d’autant les coûts énergétiques. Par contre, nous ne pouvions plus utiliser un matériau métallique pour l’outillage, afin d’éviter les courts-circuits

Passer de l’aluminium usiné à une résine imprimée

D’où l’idée de créer un outillage en résine et de le réaliser en fabrication additive. Pour cela, Idec a travaillé avec le prestataire de prototypage rapide Wehl & Partner Iberica, qui utilise des machines Stratasys. “La première étape a été de sélectionner avec eux une résine capable de résister aux conditions de température et de pression envisagées pour le process de production. Nous ne pouvions pas sélectionner des résines époxy utilisées pour certains outillages travaillant à froid, ou leurs versions résistant à de hautes températures, qui sont à la fois trop onéreuses et fragiles, donc incapables de résister à plus de 25 cycles de production. Nous avons donc retenu la résine thermoplastique Ultem 1010 qui résiste à plus de 210°C et 1 000 Bar.”

Cette résine est utilisable sur les machines FDM F900 de Stratasys pour des dépôts en couches de 0,33 ou 0,51 mm suivant la précision souhaitée. Il a ensuite fallu définir la forme exacte de l’outillage et de ses renforts internes pour résister aux efforts liés au process de production.

Des gains sur l’outillage et le process

“La réalisation de l’outillage en résine sur une machine F900 nous a demandé 56 heures de travail, alors que l’usinage d’un bloc d’aluminium ou de résine époxy sur machine à commande numérique aurait demandé 4 semaines en sous-traitance” constate Javier Garcia, directeur de Wehl & Partner Ibérica. Le choix de la fabrication additive a permis de réduire de près de 70 % le coût de réalisation de l’outillage.

Et les gains ne s’arrêtent pas là !

En effet, nous n’avons plus besoin de chauffer pendant plus d’une heure un outillage massif en aluminium. L’utilisation d’une nappe de matériau composite conductrice, nous permet de transformer la préforme elle-même en une résistance chauffante et de la mette à température de travail en moins de 10 minutes. C’est d’autant plus rapide que l’outillage en résine ne conduit pas la chaleur. Ce qui nous a aussi permis de réduire fortement nos temps de production , conclut Diego Calderón.

Grace à la fabrication additive, Idec a pu utiliser un matériau composite innovant lui permettant à la fois de réduire ses coûts et ses délais de fabrication d’outillage, tout en accélérant la production de ses pièces et en réduisant sa consommation énergétique. Une véritable révolution industrielle !