Impression 3D aéronautique : comment combiner la fabrication additive et le PEEK ?
Écrit par Bastien le 10 décembre 2021
Bastien
Bastien est ingénieur application chez Neofab.
Expert en impression 3D, notamment en matériaux, il a également une excellente maîtrise de la CAO.
Il livre ses conseils dans ses articles pour vous permettent d'appréhender les différentes solutions d'impression 3D industrielles.
Les applications du secteur aéronautique doivent répondre à des certifications. En effet, elles sont soumises à des exigences toujours plus importantes. Bastien Debaud, notre ingénieur application nous donne un exemple sur l'impression 3D aéronautique notamment grâce au PEEK Aero.
Bastien, quel est ton rôle au sein de Neofab ?
Je suis ingénieur application au sein de la Business Unit industrielle du groupe Hava3D situé au Mans. Diplômé et issu du monde de la métallurgie, je me suis immédiatement tourné vers l'industrie 4.0 convaincu des atouts de la fabrication additive pour les industriels.
Concernant mes missions au sein de Neofab, j'anime nos webinaires et participe à ceux organisés par nos partenaires. Je travaille en étroite collaboration avec mes collègues créateurs de contenus pour la réalisation d'articles techniques. Au sein de Neofab, j'ai également la charge de tester les nouvelles technologies, matériaux et imprimantes 3D. Je me charge également de réaliser un accompagnement de chaque projet (étude de faisabilité, calcul ROI, caractérisation technique des matériaux, choix de la bonne solution 3D.…) et prodigue des conseils pour le Design For Additive Manufacturing.
Peux-tu nous dire quelles sont les opportunités pour l'impression 3D dans le secteur de l'aéronautique ?
Le secteur de l'aéronautique rencontre un défi de taille, celui d'alléger les composants des avions tout en respectant les standards imposés par le secteur.
Imprimer du PEEK Aero pour substituer certains matériaux permet d'obtenir un ratio poids/résistance optimal. En raison de ses propriétés mécaniques, de sa résistance chimique et thermique, le PEEK est un matériau idéal pour obtenir des modèles légers aux performances élevées.
Le réel intérêt du PEEK Aero en impression 3D dans les applications aéronautiques tient dans le couple matière-process. En effet, l'impression 3D permet d'optimiser les conceptions et les géométries, tandis que le matériau coche toutes les exigences du secteur.
Quelles sont les particularités du PEEK Aero 3DGence ?
Le PEEK Aero appartient à la famille des PAEK, c'est un PEEK qui dispose de la certification AS9100, requise pour des applications particulièrement exigeantes. Imprimable sur les imprimantes 3DGence, c'est un polymère performant, connu pour sa résistance thermique, chimique, à l'usure et à la fatigue.
Le PEEK Aero peut être imprimé sur les imprimantes 3D haute température car elles intègrent des chambres chauffées à 110°C et un plateau à 100°C, nécessaire à son impression. De plus, ce matériau a été validé par 3DGence et les profils d'impressions sont donc optimisés pour obtenir des résultats industriels à chaque itération.
Quel est l'intérêt de passer par une étape de cuisson post-impression ? Pourquoi ce choix de la part de 3DGence ?
L'intérêt est de pouvoir imprimer des pièces complexes en PEEK et d'utiliser l'ESM10, le support soluble de 3DGence. Aujourd'hui, non seulement nous avons la possibilité de le faire mais aussi d'ajouter un matériaux soluble résistant aux hautes températures de la chambre d'impression, sans fondre ni brûler.
Le support soluble est ensuite retiré dans la solution de dissolution composées d'une eau à 70°C et de solvant. Selon les recommandations du constructeur il existe plusieurs phases en fonction de la qualité de support : 6h pour des supports inférieurs à 50g, 10h pour des supports entre 50 et 200g et 16h pour ceux de plus de 200g.
Après cette étape de dissolution nous obtenons une interface de pièces parfaite. Il est donc facile de réaliser des pièces complexes avec canaux et porte-à-faux, presque impossibles à usiner avec des méthodes traditionnelles.
D'autre part, le PEEK 3Dgence étant imprimé à l'état semi-cristallin et à plus basse température, il est bien plus facile de contrôler le phénomène de warping par rapport à un PEEK imprimé cuit. C'est la force de la technologie 3DGence. Cette étape consiste à plonger la pièce dans un bac de sable et de la laisser 12h dans un four de cuisson. Elle va passer 2h dans une première phase afin d'atteindre lentement les 200°C. La deuxième phase consiste à maintenir cette température constante pendant 3h. C'est dans la dernière phase de 7h que la température descend progressivement jusqu'à atteindre la température ambiante. Ces 3 étapes permettent au matériau d'atteindre ses propriétés maximales.
Quels types de pièces peuvent être imprimées en PEEK pour l'aéronautique ?
Il n'y a pas de limite. Avec le PEEK pour l'aéronautique, la seule limite est celle que l'on se fixe. En réalité, toutes les pièces imaginables nécessitant la certification AS9100 pourraient être imprimées avec cette matière. Il est donc possible d'obtenir des pièces résistantes aux hautes températures, aux produits chimiques avec des caractéristiques mécaniques exceptionnelles. Les entreprises devraient jeter un œil aux possibilités de l'impression 3D pour l'aéronautique. En effet, elles sont infinies et cela apporte un réel avantage concurrentiel de posséder une imprimante 3D pour obtenir des pièces performantes en un temps record et à moindre coût.
Bastien, as-tu une application où l'impression 3D du PEEK Aero est nécessaire ?
Bien sûr ! Par exemple, j'ai choisi le PEEK Aero et l'imprimante 3DGence F421 pour cette application de clip de verrouillage pour un élément de ventillation.
La solution 3DGence permet d'imprimer facilement ce genre de matériau, pourtant connu pour être exigeant. Notez que l'exemple ci-dessous démontre l'obtention de 81 pièces certifiées AS9100 sur un seul et même plateau en quelques heures.
Voici quelques données techniques pour cette impression :
Temps d'impression : 30h29min
Nombre de pièces imprimées : 81 unités
Module utilisé : M500
Matériau principal : PEEK Aero 3DGence (101g)
Matériau support : ESM10 (300g
Avez-vous pensé à une solution industrielle pour fabriquer des pièces en PEEK ? Contactez-nous et posez vos questions à nos experts Neofab
Impression 3D aéronautique : les solutions 3DGence
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