Le moulage composite réinventé avec la fabrication additive FDM

IDEC est l'un des principaux fournisseurs espagnols de solutions composites pour l'industrie aérospatiale, répondant aux besoins de conception et de fabrication de ses clients. Avec l'aide du bureau de services de fabrication avancée Wehl & Partner, l'entreprise s'est lancée dans un projet visant à accroître sa compétitivité en réduisant le temps, le coût et le gaspillage de matériaux liés au moulage traditionnel des composites.

Le projet visait à explorer les capacités de la technologie de moulage par transfert de résine (RTM) pour tester de nouveaux matériaux composites et le processus de moulage pour fabriquer une aile d'avion incurvée.

Un défi inhabituel

Des tests de faisabilité ont été effectués tout au long du processus pour évaluer comment la production pourrait être accélérée, en commençant par la fabrication d'un outil de préforme conventionnel. Conçu pour faciliter le processus de stratification des composites, l'outil de préforme est généralement fabriqué en métal, comme l'aluminium, ou en résine époxy. La fibre composite est déposée sur le dessus de la préforme et l'outil est chauffé pour prendre la forme du moule.

Le défi dans ce cas était l'aspect chauffage du processus, qui nécessitait de chauffer le matériau composite au lieu de l'outil de préforme en utilisant un courant électrique. Les métaux hautement conducteurs comme l'aluminium étaient inappropriés, car ils empêchaient le courant de traverser efficacement le tissu composite. Les matériaux époxy standard disponibles au sein de l'entreprise posaient également problème, car ils n'étaient ni assez résistants ni assez stables pour supporter des températures supérieures à 140 °C. Ce projet nécessitait des températures élevées, entre 150 °C et 180 °C, pour chauffer directement les tissus.

Surmonter les limites des métaux et de l'époxy

L'équipe d'ingénieurs s'est rapidement rendu compte que ce processus n'était pas réalisable avec les méthodes de fabrication conventionnelles et a consulté le fournisseur de services de prototypage avancé, Wehl & Partner, pour obtenir des conseils. Cette société basée en Navarre propose une large gamme de solutions allant de l'usinage conventionnel aux technologies de fabrication additive.

Avec l'aide de Wehl & Partner, IDEC a trouvé une solution alternative dans la fabrication additive FDM®, ce qui lui a permis de tester l'adéquation du procédé RTM en lien avec le projet d'aile d'avion. La résine ULTEM™ 1010 a été choisie pour produire l'outil de préforme. L'excellente résistance chimique et à la chaleur élevée de ce matériau lui permet de supporter des températures supérieures à 150 °C.

"Nous n'aurions pas pu le faire avec une résine époxy classique, qui serait devenue instable, voire se serait rompue au-delà de températures dépassant 140° C", explique Diego Calderón, responsable de l'analyse structurelle chez IDEC. "Bien qu'il existe des résines époxy résistantes à des températures aussi élevées, elles sont très coûteuses et n'auraient pas été financièrement viables pour notre projet."

La capacité de la résine ULTEM™ 1010 à résister aux températures et aux pressions requises a simplifié le processus de production de la préforme. Selon Calderón, la préforme est si solide que l'équipe peut l'utiliser pendant au moins 25 cycles, ce qui n'est tout simplement pas possible avec l'époxy ou d'autres technologies de fabrication additive et des matériaux similaires.

Lematériau était également une excellente option pour remplacer les métaux, grâce à sa résistance à la traction supérieure et à ses propriétés non conductrices, vitales pour l'application de chauffage électrique. Le résultat a offert une finition de surface lisse, permettant une adhérence optimale avec le matériau en fibre de carbone et un moulage parfait.

Réduire les délais de production

Grâce à une Stratasys F900 acquise par l'intermédiaire de son partenaire local, Pixel Sistemas, Wehl & Partner a pu fabriquer un outil de préforme de grande taille en utilisant le grand plateau de construction du système. L'outil a été produit en 60 heures seulement, soit beaucoup moins de temps que si l'équipe avait choisi une méthode de fabrication plus traditionnelle.

L'outil de préforme produit avec le système de production Stratasys F900 en utilisant la résine ULTEM™ 1010.

"Avec l'usinage CNC, il nous aurait fallu au moins quatre semaines pour produire ce type de pièce", affirme Javier García, directeur de Wehl & Partner. "Non seulement l'utilisation de la fabrication additive a réduit le délai de production de l'outil de préforme, mais nous avons également accéléré l'ensemble du processus de moulage du composite."

" Grâce à l'utilisation de la résine ULTEM™ 1010, nous avons obtenu un outil de préforme aux propriétés mécaniques parfaites et avons pu déployer cette étape innovante du procédé RTM. Nous avons ainsi pu réduire l'étape de chauffage du composite d'une heure à seulement dix minutes en faisant passer le courant électrique directement dans les tissus composites ", poursuit-il. "Cela n'aurait pas été possible sans la fabrication additive FDM". L'équipe a également été en mesure d'économiser jusqu'à 67 % des coûts d'usinage CNC de l'aluminium, une innovation technique qui a répondu à l'objectif initial de réduction des coûts de fabrication.

La pièce composite finale d'une aile d'avion incurvée, produite avec la technologie FDM.

La solution fournie par Wehl & Partner a contribué à l'innovation compétitive d'IDEC en matière de RTM. Elle démontre également les nombreuses possibilités que la fabrication additive FDM offre aux applications de moulage et d'outillage de composites, tout en respectant les exigences techniques rigoureuses de l'industrie aérospatiale.