La fusion par laser pour de meilleures pièces de moteur d'avion
La fabrication de pièces pour les moteurs d'avion est loin d'être facile. Les pièces doivent être légères tout en étant suffisamment solides pour supporter des conditions extrêmes. Elles doivent subir des milliers de rotations chaque seconde et supporter des températures atteignant parfois plus de 2000°C, et doivent en outre satisfaire à des normes de sécurité très strictes. Des chercheurs financés par l'UE ont développé une méthode de fabrication de pièces qui remplit non seulement toutes les conditions susmentionnées, mais permet également une production très rapide et à des coûts raisonnables. Le projet FANTASIA («Flexible and near-net-shape generative manufacturing chains and repair techniques for complex shaped aero engine parts») était financé à hauteur de 3,78 millions d'euros au titre du domaine thématique «Aéronautique et espace» du sixième programme-cadre (6e PC). Le consortium FANTASIA, composé de 20 membres et dirigé par l'institut Fraunhofer pour la technologie laser (ILT) en Allemagne, a démontré comment la technologie de la fusion sélective par laser (SLM - selective laser melting) peut être utilisée pour obtenir des pièces de moteur à forme complexe extrêmement résistantes et efficaces, et pour réparer des pièces endommagées. En effet, les tests ont démontré que les composants et pièces produits grâce à cette méthode ont une qualité tout à fait satisfaisante, voire meilleure que celle des pièces fabriquées à l'aide des processus classiques. La SLM permet de fabriquer une couche de la pièce à la fois, en utilisant une poudre métallique appliquée au substrat puis instantanément fondue et mise en place grâce à un faisceau laser puissant, créant ainsi une connexion permanente avec le reste de l'objet. «Grâce à ce processus, nous pouvons réparer les pièces de moteur endommagées et également construire des composants ne pouvant être produits à l'aide des méthodes traditionnelles telles que le fraisage ou le moulage», explique le Dr Konrad Wissenbach de l'ILT et coordinateur de FANTASIA. «Ceci permet également de créer de nouvelles formes géométries et de nouveaux concepts auxquels nous n'aurions jamais pensé.» Les tests ont également démontré que les cycles de fabrication peuvent être réduits d'au moins 40% en utilisant la SLM et d'autres méthodes de production basées sur le laser. Ceci se traduirait par des économies d'un maximum de 50% en termes de matériel requis, et d'un minimum de 40% en termes des frais de réparation. Le Dr Wissenbach expliquait que l'approche de la SLM ne peut pas encore être appliquée à tous les matériaux des turbines, mais l'équipe a déjà constaté de bons résultats avec l'Inconel 718, un superalliage de nickel, ainsi qu'avec des alliages de titane. Il fait également remarquer que davantage de travaux de recherche sont nécessaires, notamment pour les matériaux ayant tendance à se craqueler ou se fissurer. Les chercheurs étudient actuellement les moyens d'utiliser la fusion ou le moulage pour réparer les fissures résultant de l'usure. Ceci étant dit, il vaut mieux prévenir que guérir, et les ingénieurs expérimentent également les moyens d'éviter les fissures, en variant la puissance de sortie du laser ou en utilisant la géométrie de faisceau. Actuellement, les chercheurs se concentrent aussi sur d'autres domaines d'intérêt tels que l'impact du préchauffage d'une plateforme de construction sur la qualité du produit, et la nécessité d'améliorer la productivité de la méthode (avec une épaisseur de revêtement entre 30 et 100 micromètres, les pièces plus grandes prendraient plus de temps à réaliser). «[Cette méthode] est un domaine dans lequel nous pouvons combiner un diamètre de faisceau plus grand pour de plus grandes surfaces avec un diamètre plus petit pour les contours», ajoute le Dr Wissenbach. «Ce faisant, nous pouvons augmenter nos vitesse d'un facteur 10.» Les recherches dans le cadre du projet FANTASIA ont été entreprises par des instituts de recherche et des partenaires industriels d'Afrique du Sud, d'Allemagne, d'Espagne, de France, d'Italie, de Lettonie et de Suisse.