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Eole, une trappe de maintenance aéronautique née de la rencontre de la fabrication additive et de la fonderie

Lors du dernier salon du Bourget, CTIF et SOGECLAIR aeropsace présentaient EOLE, une trappe de maintenance d’avion obtenue par voie de fonderie et faisant appel aux techniques d’optimisation topologique et de fabrication additive. Cette réalisation a permis un gain de masse de 30% à iso-performance mécanique.

Trappe de maintenace aéronautique

La principale difficulté dans la réalisation de cette pièce était l’obtention d’une fine toile de grande dimension (2 mm d’épaisseur sur une surface de 700 x 400 mm2) accrochée à  une structure organique intégrant des fonctions multiples.

Le design de cette structure allégée est le résultat de calculs d’optimisation topologique et d’un redesign intégrant des contraintes de fabrication telle que l’alimentation de la pièce pour éviter des défauts (retassures et non-venues). Cette phase de conception a nécessité la mise en œuvre des outils Catia V5 pour la CAO, Optistruct pour le calcul/optimisation topologique et Quikcast pour la simulation fonderie.

 

 

Simulation de la solidification

Pour être réalisée en fonderie cire perdue, nous avons dû réaliser un modèle résine par impression 3D, réplique de la pièce et faisant office de « cire ». Mais avant cela, il a fallu s’assurer que les matériaux associés aux techniques de fabrication additives permettaient cette réalisation. Ainsi, nous avons réalisé un démonstrateur à échelle réduite (un morceau de porte représentatif) de plusieurs épaisseurs (de 1,9 mm à 2,1 mm) et selon deux technologies : modèle PMMA infiltré de cire obtenu par frittage de poudre selon la technologie Woxeljet et modèle nid d’abeille en résine photosensible obtenue par stéréolithographie de chez Materialise.

Après avoir réalisé plusieurs moules (carapaces en céramique), nous avons effectué des tests de brûlage en autoclave et au four flash et validé ainsi les modèles pouvant être mis en œuvre pour la porte à l’échelle 1. Notre choix s’est arrêté sur les modèles PMMA, le résultat discriminant étant la rupture ou la fissuration des carapaces.

Essais de brûlage des modèles imprimés 3D [CTIF]

Egalement afin d’appréhender les déformations de la pièce lors de la coulée (contraintes thermomécaniques), nous avons effectué des calculs sous Procast. Les résultats de calcul ont pu être comparés à la géométrie 3D issue d’un scan de la grappe de coulée et à la géométrie CAO nominale de la pièce. Nous avons observé une bonne corrélation des déformations thermomécaniques simulées et mesurées sur pièce.

Eole Calcul thermomécanique des déformations

Calcul thermomécanique des déformations [CTIF]

Le modèle de la porte a pu être ensuite imprimé en 3D et monté dans une grappe de coulée pour subir les opérations successives de moulage (trempage du modèle dans une barbotine, stuccage, séchage), de brûlage du modèle, de frittage de la carapace et de coulée de l’alliage d’aluminium (AlSi7Mg0.6).

Seule l’association de la fabrication additive pour l’obtention du modèle perdue et de la fonderie cire perdue aluminium a permis une telle prouesse technologique, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications industrielles.