Dans le secteur spatial, les composants de propulsion comptent parmi les éléments les plus critiques d’un lanceur. Les lignes d’échappement, en particulier, doivent répondre à des exigences élevées en matière de tenue mécanique, de résistance thermique, de précision géométrique et de qualité matière.
Traditionnellement, ces structures sont réalisées par roulage de tôles puis assemblage par soudage. Si ces procédés sont maîtrisés, ils présentent néanmoins certaines limites : multiplicité des étapes, risques de défauts localisés, délais de fabrication importants et complexité accrue pour garantir la répétabilité.
Dans ce contexte, IREPA LASER, dans le cadre du projet européen ENLIGHTEN-ED, a exploré une alternative basée sur la fabrication additive DED (Direct Energy Deposition) laser-poudre, afin de proposer une approche plus intégrée pour la fabrication de ces composants de grande dimension.
Lignes d’échappement spatiales : des géométries complexes à forte criticité
Les lignes d’échappement destinées aux applications spatiales sont des pièces de grande taille (jusqu’à environ 1 mètre de hauteur) présentant des géométries évolutives et complexes.
Les approches conventionnelles reposent sur :
- Le roulage de tôles métalliques,
- L’assemblage par soudage,
- Des opérations de reprise et de contrôle multiples.
Elles impliquent un nombre élevé d’étapes, des interfaces sensibles et des contraintes importantes en matière de maîtrise des déformations, notamment sous sollicitations thermiques et mécaniques.
L’enjeu est donc de réduire la dépendance aux assemblages tout en garantissant un haut niveau de qualité dès la fabrication.
Une approche intégrée grâce à la fabrication additive DED laser-poudre
Pour répondre à ces défis, une approche basée sur le procédé DED laser-poudre a été mise en œuvre, particulièrement adaptée aux pièces métalliques de grande dimension.
L’objectif : produire des composants plus intégrés, en limitant le recours aux opérations de soudage.
Cette démarche s’appuie sur une chaîne de développement complète :
- Redesign de la pièce en fonction du procédé,
- Simulation thermomécanique,
- Définition de stratégies de dépôt,
- Qualification sur sous-géométries,
- Prototypage progressif,
- Contrôles dimensionnels et métallurgiques,
- Traitement thermique adapté (alliage Inconel 625),
- Contrôles non destructifs.
La fabrication est ainsi abordée comme un processus global maîtrisé dès les premières étapes.
Anticiper les déformations et sécuriser la qualité
Un des points clés du projet réside dans l’anticipation des déformations induites par les cycles thermiques du procédé.
Des outils de simulation ont permis de :
- Prédire les comportements thermomécaniques,
- Identifier les zones critiques,
- Adapter les stratégies de fabrication,
- Développer des modèles de compensation géométrique.
La validation a été menée à plusieurs niveaux (prototypes, scans 3D, analyses métallurgiques, contrôles non destructifs), garantissant une approche robuste et progressive.
Des résultats concrets sur des pièces de grande dimension
Les travaux réalisés dans le cadre du projet ENLIGHTEN-ED ont permis de démontrer la faisabilité de la fabrication de lignes d’échappement complexes en DED laser-poudre, avec :
- Une réduction significative des opérations d’assemblage,
- Une meilleure intégration fonctionnelle,
- Une maîtrise des déformations grâce à la simulation,
- Une validation sur des prototypes représentatifs.
Ils illustrent également la capacité à produire des pièces en Inconel 625 de grande dimension via une approche structurée combinant conception, procédé, simulation, métallurgie et contrôle.
Une contribution aux évolutions industrielles du secteur spatial
Au-delà de la démonstration technologique, ces travaux ouvrent la voie à des chaînes de fabrication plus directes, flexibles et compétitives pour des composants critiques.
Ils mettent en lumière l’intérêt de la fabrication additive DED laser-poudre pour repenser la conception et la production de pièces métalliques complexes, notamment dans des secteurs à fortes exigences comme le spatial.
En contribuant à la maîtrise de ces procédés, IREPA LASER participe au renforcement des capacités industrielles et technologiques sur des composants stratégiques de la filière aérospatiale.
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Le projet ENLIGHTEN-ED a reçu un financement du programme Horizon Europe de l’Union européenne dans le cadre de la convention de subvention n° 101135156.
