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L'impression en dépôt de fil pour réaliser des prototypes de moteurs d'avion

L'impression en dépôt de fil pour réaliser des prototypes de moteurs d'avion


« Avec FDM, nous avons créé un prototype d’ingénierie qui reflète parfaitement nos objectifs de conception et qui facilite le développement complexe du moteur »
Dr. U. Chandrasekhar, GTRE

Le Gaz Turbine Research Establishment (GTRE) de Bangalore, en Inde, est un laboratoire gouvernemental dont la mission principale est la recherche et le développement de versions marines et aéronautiques de turbines à gaz. L’un des produits phares développés par le laboratoire est le moteur à réaction « Kaveri » commandé pour l’avion HAL Tejas. Ce dernier a une capacité tout-terrain allant des déserts les plus chauds à la plus haute chaîne de montagnes du monde.

Le défi

Un des plus grands défis rencontrés durant la conception du Kaveri est la pose de ses nombreuses tuyauteries et unités remplaçables en ligne (URL) à l’extérieur de l’aéronef. Un grand nombre de ces URLs est relié au moteur par des tuyaux à l’intérieur desquels circulent du fluide hydraulique, le carburant et les lubrifiants. Concevoir chaque tuyauterie en veillant à minimiser sa longueur pour réduire le poids et les coûts et en évitant les interférences a constitué un vrai défi.

La disposition initiale de la tuyauterie a été créée avec un logiciel CAO, mais la CAO seule ne peut pas schématiser le système de tuyauterie complexe sans créer d’ambiguïté auprès des développeurs. « L’environnement virtuel ne peut pas représenter la conception au niveau que nous voulons pour répondre à nos exigences », explique Dr. U. Chandrasekhar, Directeur du GTRE Groupe. « L’ordinateur est proche, mais une proximité qui n’est pas assez bonne quand vous êtes sur le point de prendre la décision d’investir des dizaines de millions de dollars pour mettre un nouveau produit sur le marché. »

Construire un prototype d’ingénierie est plus facile à dire qu’à faire. Il y a approximativement 2 000 composants du moteur qui doivent être intégrés dans l’ensemble. Dans le passé, GTRE aurait envisagé de construire le prototype en utilisant des machines CNC. Cependant, en utilisant cette méthode, il aurait fallu un an au minimum et un coût estimé à 60 000$ pour construire l’ensemble du prototype physique.
GTRE a également envisagé la stéréolithographie, mais le projet n’a pas été bien adapté à cette méthode de prototypage en raison des supports excessifs requis pour les composants comme les aubes de turbines, les vrilles de chambre de combustion, les aubes de guidage d'entrée et les chambres de combustion. La société a également réalisé que la plupart des méthodes de prototypage classiques nécessiteraient de produire des tuyaux solides qui élimineraient l’éventualité d’un test d’écoulement.

La solution

« La technologie FDM a été la solution idéale, car les supports et l’intérieur du corps creux peuvent simplement être dissous dans l’eau », explique Dr. Chandrasekhar. « Elle nous a permis de créer la géométrie dont nous avions besoin. FDM (impression en dépôt de fil) est également plus rapide (que les moyens traditionnels), car il est possible de combiner plusieurs pièces dans les ensembles, et ce en un seul passage ». GTRE apprécie également le fait que FDM crée des pièces avec des thermoplastiques d’ingénierie, comme l’ABS, qui leur ont permis de réaliser des composants durables et très résistants pour le projet.

Avec plus de 2 500 composants FDM, le prototype du moteur à réaction Kaveri pourrait bien être l’ensemble de prototype rapide le plus complexe jamais créé. Il a fallu 30 jours seulement à GTRE pour produire tous ces composants à partir du plastique ABS et en utilisant deux machines d'impression 3D Fortus FDM. Il a fallu dix jours supplémentaires pour assembler le moteur. Le coût total pour produire l’ensemble FDM est de 20 000 $ environ.

De réels bénéfices

« Avec FDM, nous avons créé un prototype d’ingénierie qui reflète parfaitement nos objectifs de conception et qui facilite le développement complexe du moteur », a dit Dr. Chandrasekhar. « Il a permis à nos ingénieurs d’identifier et de résoudre les problèmes qui auraient été impossibles à faire avec seulement un modèle sur l’ordinateur ». L’ensemble FDM a permis aux équipes de conception et de fabrication de mieux comprendre de quoi les composants du moteur auraient besoin pour s’ajuster ensemble durant la fabrication. En outre, le prototype a permis à un certain nombre de partenaires de GTRE, y compris l’Indian Air Force, de mieux comprendre le fonctionnement du moteur. Le résultat final a été un moteur plus léger qui a pris moins de temps pour être validé et construit.