Une imprimante 3D à fibre de carbone vise la production de masse de drones et de pièces d'aéronefs

Impossible Objects lève 40 millions de dollars pour industrialiser la fabrication à fibre de carbone

Impossible Objects, une entreprise de technologies de fabrication dont le siège est dans l'Illinois, a obtenu 40 millions de dollars de financement pour développer une plateforme de fabrication additive haute vitesse construite autour de composites à fibre de carbone. L'ambition affichée de l'entreprise est simple et résolument industrielle : non pas le prototypage, non pas des pièces de démonstration uniques, mais la production en volume du type de pièces renforcées que les fabricants de l'aérospatiale et de drones se procurent actuellement auprès de moules, de presses et d'autoclaves.

Cette distinction compte. La majeure partie de l'industrie de la fabrication additive a passé deux décennies à vendre la promesse du prototypage rapide, et elle l'a largement tenue. Bien moins d'acteurs ont franchi le seuil de la production répétable et compétitive en coûts de composants structurels. Impossible Objects positionne sa technologie résolument du côté le plus difficile de cette ligne, avec les drones et les pièces d'aéronefs désignés comme applications cibles.

Pourquoi la fibre de carbone a résisté à l'impression 3D

Les thermoplastiques s'impriment facilement. Le renfort en fibre continue, non. La difficulté ne réside pas dans le dépôt de matière couche par couche, mais dans le placement de fibres solides et alignées à l'intérieur d'une matrice polymère d'une manière qui survive au processus de fabrication et produise des propriétés mécaniques prévisibles.

La fabrication conventionnelle de composites à fibre de carbone résout ce problème avec du tissu tissé et de l'époxy posés à la main ou à la machine, puis durcis sous chaleur et pression. Les pièces obtenues sont rigides et légères, ce qui explique pourquoi l'aérospatiale s'y fie depuis des décennies. Mais l'outillage est coûteux, les temps de cycle sont longs, et les modifications de conception nécessitent de nouveaux moules. Les approches additives promettent de réduire ce coût d'outillage et de libérer des géométries que le moulage ne peut atteindre. Le compromis a historiquement été des pièces plus faibles, un débit lent, ou les deux.

Combler cet écart nécessite de résoudre plusieurs problèmes à la fois :

• Introduire la fibre de carbone dans la pièce à des fractions suffisamment élevées pour offrir une rigidité et une résistance significatives.
• Maintenir des vitesses de fabrication assez élevées pour que le coût par pièce soit compétitif face aux procédés établis.
• Obtenir des propriétés cohérentes et répétables d'une pièce à l'autre, ce qu'exigent les régimes de certification.
• Passer d'une machine unique à une cellule de production capable de fonctionner en continu.

Le nouveau financement vise le dernier de ces points, et la formulation de l'entreprise autour de la haute vitesse suggère qu'elle estime les trois premiers déjà largement traités.

Le marché des drones, prix à court terme

Les aéronefs sans équipage constituent un premier marché évident pour les structures imprimées en fibre de carbone. Les fabricants de drones itèrent rapidement, produisent en volumes relativement modestes comparés à l'aviation commerciale, et tolèrent exceptionnellement bien les méthodes de fabrication nouvelles tant que les pièces performent. Les cellules, les bras, les supports moteurs et les boîtiers structurels bénéficient tous de la combinaison de faible poids et de haute rigidité qu'offrent les composites à fibre de carbone.

La demande dans ce secteur est également devenue bien plus urgente ces dernières années, les agences de défense, les opérateurs logistiques et les utilisateurs agricoles poussant tous pour une livraison plus rapide des cellules à un coût unitaire inférieur. Une méthode de production qui élimine l'outillage et raccourcit le chemin entre la révision de conception et la pièce finie correspond bien à cet environnement.

• Itération de conception rapide : les pièces imprimées peuvent être révisées sans réoutillage.
• Consolidation des pièces : les assemblages peuvent se réduire à des composants imprimés uniques.
• Quantités minimales de commande plus faibles : les petites séries restent économiques.
• Potentiel de relocalisation : la fabrication numérique dépend moins d'outillages importés.

Pièces d'aéronefs et l'obstacle de la certification

L'aviation commerciale et de défense représente un enjeu bien plus important, mais aussi bien plus lent. Chaque modification structurelle dans un aéronef certifié doit être justifiée par des données d'essai et des contrôles de processus démontrant que la pièce se comporte comme prévu, lot après lot. Les procédés additifs introduisent des variables — alimentation en matière, calibration de la machine, orientation de fabrication — que les régulateurs examinent de près.

C'est pourquoi les entreprises qui poursuivent la fabrication additive aérospatiale ont tendance à passer des années à recueillir des données de valeurs admissibles avant de vendre dans la structure primaire. Les composants intérieurs imprimés, les supports et les structures secondaires ont progressé plus rapidement, et c'est la voie probable à court terme pour l'impression haute vitesse à fibre de carbone. Le succès dans ces applications construit le dossier statistique nécessaire pour pousser plus loin dans les pièces de cellule porteuses.

Ce que signale un tour de 40 millions de dollars

Un financement de cette taille pour une startup de fabrication industrielle est notable. Un capital de cette ampleur est généralement affecté aux machines, à l'expansion des installations, au développement des matériaux et aux effectifs d'ingénierie nécessaires pour soutenir les programmes de qualification clients — pas au marketing. Cela implique que l'entreprise passe de la preuve d'un procédé à son industrialisation.

Cela reflète aussi un déplacement plus large de l'attention des investisseurs vers le milieu peu glamour de la chaîne d'approvisionnement. Les logiciels et les applications grand public ont dominé le financement technologique pendant des années ; la fabrication avancée, les composites et les équipements de production suscitent un intérêt renouvelé alors que les gouvernements et les grands contractants cherchent à reconstruire les capacités industrielles nationales et à réduire la dépendance à des lignes d'approvisionnement mondiales fragiles.

L'économie de l'impression plutôt que du moulage

Pour que la fabrication additive à fibre de carbone menace véritablement la production traditionnelle de composites, le calcul doit fonctionner sur le coût total par pièce, pas seulement sur la vitesse affichée de la machine. Le moulage l'emporte sur les conceptions stables à grand volume, où le coût de l'outillage s'amortit sur des dizaines de milliers de pièces identiques. L'impression l'emporte lorsque les conceptions changent, que les volumes sont modestes ou que la géométrie est trop complexe à mouler proprement.

La fabrication de drones se situe aujourd'hui pleinement dans la zone favorable à l'impression. Les pièces d'aéronefs s'y trouvent en partie — structures secondaires et composants intérieurs, oui ; structures primaires de longue série, pas encore. À mesure que les vitesses de fabrication augmentent et que les coûts des matériaux baissent, le point de bascule se déplace vers des volumes plus élevés, ce qui est précisément ce que l'expression production de masse implique.

Ce qu'il faut surveiller ensuite

Plusieurs indicateurs révéleront si cette poussée se traduit par une réelle capacité de production plutôt que par des communiqués de presse.

• Des clients nommés et des volumes de pièces expédiées, plutôt que des programmes pilotes.
• Des données publiées sur les propriétés mécaniques des pièces imprimées en fibre de carbone.
• Des preuves de travaux de qualification avec des grands de l'aérospatiale ou des agences de défense.
• L'expansion des parcs de machines, qui signale une demande de production plutôt qu'un intérêt de laboratoire.

Si Impossible Objects peut démontrer que les pièces en fibre de carbone sortent de ses machines à des cadences de production et avec des propriétés auxquelles les ingénieurs font confiance, les implications s'étendent bien au-delà des drones. La même capacité s'appliquerait aux structures automobiles, aux équipements industriels et à tout produit où le rapport résistance-poids guide la conception. Pour l'instant, les 40 millions de dollars achètent à l'entreprise du temps et des machines pour faire valoir cet argument — et donnent un chiffre concret à une affirmation que l'industrie de la fabrication additive répète depuis des années.

Cet article est basé sur un reportage d'Interesting Engineering. Lire l'article original.