IDEC et Wehl & Partner réinventent le moulage composite avec la fabrication additive FDM.
IDEC, un fournisseur espagnol de solutions composites pour l’industrie aérospatiale, a entrepris un projet visant à améliorer sa compétitivité en réduisant le temps, les coûts et les dépenses liées au moulage composite traditionnel, avec l’assistance de Wehl & Partner, un bureau de service de fabrication avancée. L’objectif du projet était d’explorer les possibilités de la technologie de moulage par transfert de résine (RTM) pour évaluer le nouveau matériau composite et le processus de moulage pour la fabrication d’une aile d’avion courbe.
« L’utilisation de la fabrication additive n’a pas seulement réduit les délais de production de l’outil de préforme, elle a aussi accéléré l’ensemble du processus traditionnel de moulage composite. »
Diego Calderón, responsable de l’analyse structurelle, IDEC
L’outil de préforme réalisé avec le système de production F900 de Stratasys et la résine ULTEM™ 1010.
L’outil de préforme a résisté aux températures élevées, ce qui a permis à l’équipe de réduire le temps nécessaire pour chauffer la fibre de carbone de une heure à seulement dix minutes.
Un défi inhabituel
Des tests de faisabilité ont été effectués tout au long du processus pour évaluer les possibilités d’accélérer la production, en commençant par la création d’un outil de préforme traditionnel. Conçus pour faciliter le processus de superposition des composites, ces outils de préforme sont généralement fabriqués en métal, notamment en aluminium ou en résine époxy. La fibre composite est ensuite déposée sur la préforme, et l’outil est chauffé pour prendre la forme du moule.
Dans cette situation, la principale difficulté résidait dans le processus de chauffage, car il était nécessaire de chauffer le matériau composite plutôt que l’outil de préforme en utilisant un courant électrique. L’utilisation de métaux hautement conducteurs tels que l’aluminium s’est avérée inadaptée, car elle entravait l’efficacité de la transmission du courant à travers le matériau composite. De plus, les matériaux époxy standard disponibles au sein de l’entreprise posaient également problème, car ils ne présentaient ni la robustesse ni la stabilité nécessaires pour résister à des températures dépassant 140 °C. Ce projet requérait des températures élevées comprises entre 150 °C et 180 °C pour chauffer directement le matériau.
Repousser les limites des métaux et de l’époxy
L’équipe d’ingénieurs a rapidement pris conscience que le processus ne pouvait pas être réalisé avec les méthodes de fabrication traditionnelles, et elle a donc sollicité l’avis du prestataire de services de prototypage avancé, Wehl & Partner. Cette entreprise, basée en Navarre (Espagne), propose une large gamme de solutions, notamment en matière d’usinage traditionnel et de technologies de fabrication additive.
Avec l’assistance de Wehl & Partner, IDEC a découvert une alternative à la fabrication additive FDM® qui lui a permis de tester la compatibilité du processus RTM associé au projet d’aile d’avion. La résine ULTEM™ 1010 a été sélectionnée pour la production de l’outil de préforme en raison de son excellente résistance chimique et thermique, lui permettant de supporter des températures supérieures à 150°C.
La résistance de la résine ULTEM™ 1010 aux températures élevées et aux pressions a simplifié le processus de production de la préforme. D’après M. Calderón, la préforme est d’une telle solidité que l’équipe peut l’utiliser pendant au moins 25 cycles, une possibilité tout simplement inenvisageable avec l’époxy ou d’autres technologies de fabrication additive et matériaux similaires.
« Nous n’aurions pas pu faire cela avec une résine époxy classique, qui serait devenue instable ou se serait rompue à des températures excédant 140 °C »
Diego Calderón, responsable de l’analyse structurelle chez IDEC.
IDEC et Wehl & Partner réinventent le moulage composite avec la fabrication additive FDM
Ce matériau s’est également avéré être un excellent choix pour remplacer le métal en raison de sa résistance à la tension supérieure et de ses propriétés non conductrices, qui étaient essentielles pour l’application de chauffage électrique. Le résultat a offert une surface lisse, favorisant une adhérence optimale avec le matériau en fibre de carbone et un moulage parfait.
Réduire les délais de production
L’utilisation du système de production F900 de Stratasys, acheté chez le partenaire local Pixel Sistemas, a permis à Wehl & Partner de créer un outil de préforme à grande échelle en exploitant la grande surface de construction du système. La fabrication de ce produit prêt à l’emploi a nécessité seulement 60 heures, un laps de temps nettement inférieur à ce qui aurait été requis avec une méthode de fabrication plus traditionnelle.
« Avec l’usinage CNC, la production de ce type de pièce nous aurait demandé au moins quatre semaines », explique Javier García, directeur de Wehl & Partner. « L’utilisation de la fabrication additive n’a pas seulement réduit les délais de production de l’outil de préforme, elle a aussi accéléré l’ensemble du processus de moulage
composite ».
« Grâce à l’utilisation de la résine ULTEM™ 1010, nous avons obtenu un outil de préforme aux propriétés mécaniques parfaites qui nous a permis de déployer cette étape innovante du processus RTM. Nous avons ainsi réduit l’étape de chauffage composite d’une heure à dix minutes seulement, en faisant passer le courant électrique directement dans les couches composites », poursuit-il. « Ceci n’aurait pas été possible sans la fabrication additive FDM ».
La pièce composite finale d’une aile d’avion incurvée, fabriquée en utilisant la technologie FDM.
L’équipe a également réussi à réduire les coûts d’usinage CNC en aluminium de près de 67 %, ce qui a atteint l’objectif initial de réduction des coûts de fabrication.
La solution proposée par Wehl & Partner a contribué à l’innovation RTM performante d’IDEC, démontrant ainsi les multiples possibilités d’application du moulage de composites offertes par la fabrication additive FDM, tout en respectant les normes techniques rigoureuses de l’industrie aérospatiale.
