OHB System AG et Fraunhofer IAPT développent une chaîne de processus pour la production additive de composants optimisés

Support de support pour le cercle de réaction (Matériau : Ti-6Al-4V). (Source : Catharina Clemens ; Copyright : Fraunhofer IAPT)

Élément de fixation (Matériau : Ti-6Al-4V). (Source : OHB System AG ; Droits d'auteur : OHB System AG)

L'introduction de la production additive nécessite le respect fiable de toutes les exigences sectorielles en matière de qualité et de normes. La manière dont cela est réalisé est illustrée par un projet de OHB System AG et du Fraunhofer IAPT. Les organisations ont élaboré des règles de conception et de fabrication ainsi que des lignes directrices et des processus pour la validation et la fabrication de composants spatiaux optimisés utilisant la technologie de production additive PBF-LB/M, et les ont utilisés pour l'optimisation de trois composants de satellites.

Dans le cadre du projet « AM Maturation », OHB System AG et le Fraunhofer IAPT, à la demande de l'Agence spatiale européenne ESA, ont développé une chaîne de processus additive. Partant des exigences sectorielles concernant les composants et les processus de fabrication, les partenaires du projet ont défini une chaîne de processus individuelle pour la fabrication par PBF-LB/M et ont optimisé trois composants de satellites le long de la route de fabrication additive.

Opportunités et défis lors de l'introduction de la production additive

La production additive (en anglais Additive Manufacturing – bref AM) stimule la capacité d'innovation de tous les secteurs de la production et peut réduire les coûts à long terme. Dans l'aérospatiale, par exemple, l'AM augmente la performance des satellites et des véhicules spatiaux. Le secteur bénéficie notamment du processus PBF-LB/M, qui permet d'améliorer la performance grâce à la liberté de conception offerte par PBF-LB/M et à l'intégration fonctionnelle. De plus, il est possible de réduire le poids des composants, le temps de montage et d'intégration, ainsi que les délais de développement et de production.

En même temps, la mise en œuvre réussie des technologies additives exige le respect des normes de qualité et sectorielles tout au long du processus de fabrication. Une ligne de fabrication robuste est donc essentielle pour la production additive réussie de composants soumis à des normes sectorielles, de qualité et de sécurité.

Trois composants de satellites valident la chaîne de processus AM

Pour ouvrir la voie à la production additive de composants pour l'aérospatiale, OHB System AG et le Fraunhofer IAPT ont élaboré des règles et processus de conception, de fabrication et de validation pour des composants fabriqués de manière additive. La validation de la démarche a été réalisée par l'optimisation de composants structurels et opto-mécaniques destinés à être utilisés sur des plateformes satellites et dans des instruments.

Pour établir une chaîne de processus, un transfert de connaissances, des études de matériaux et des benchmarks de fournisseurs ont d'abord été réalisés. La mise en œuvre des processus vérifiés a commencé par la conception AM de trois composants spatiaux de plus en plus complexes, avec des performances optimisées : un élément de fixation, un support de roue de réaction et un double miroir.

La fabrication a été effectuée avec PBF-LB/M, la technologie la mieux adaptée aux exigences de OHB System AG, dans un processus conforme aux normes spatiales. Lors du post-traitement, des traitements de surface – notamment sur les surfaces de miroirs – ont été réalisés pour une amélioration supplémentaire. Des tests finaux de tous les composants ont permis de vérifier leur conformité.

PBF-LB/M et ses avantages pour les projets de satellites

Le Fraunhofer IAPT et OHB ont réussi à développer et optimiser une chaîne de processus AM continue et robuste pour PBF-LB/M. Cela inclut le développement de compétences en conception et validation, ainsi que la mise en place d'une chaîne d'approvisionnement fiable pour des composants en titane et en aluminium.

Pour les composants de satellites fabriqués de manière représentative, la route de fabrication additive a offert plusieurs avantages. Parmi ceux-ci, pour l'élément de fixation développé dans le cadre du projet, l'atteinte de propriétés de rigidité définies grâce à une répartition contrôlée et optimale de la masse. Le support de roue de réaction peut être plus facilement intégré et monté grâce à des écrous à clic directement intégrés. De plus, le temps de développement pour l'adaptation à des conditions changeantes a été réduit. Pour le double miroir, le composant le plus complexe des trois, la route de production additive a permis de réduire la déformation thermique du corps du miroir grâce à l'optimisation des points de montage et à de meilleures propriétés optiques dues à une stabilité thermique accrue. Des réductions de poids allant jusqu'à 45 % ont également été réalisées.

Le Dr Marco Mulser, responsable de la coordination technologique chez OHB System AG, résume : « Grâce au Fraunhofer IAPT, OHB a pu mettre en place une chaîne de processus fiable, qui nous permet désormais d'utiliser des composants AM de haute qualité dans nos projets de satellites. »