EASA 21.G, EN 9100 et fabrication additive : Comment Materialise établit la norme pour la FA dans l'aérospatiale

Gert Brabants : Lorsque nous parlons de qualité dans nos processus pour l'aéronautique, cela se résume en fait à trois parties différentes : la qualité avant de commencer, la qualité pendant le processus et la qualité après.

Gert Brabants : La qualité avant de commencer est le NPI - l'introduction du nouveau produit - où nous procédons à une évaluation très détaillée des risques de la pièce et des spécifications que nous y associerons. Cela nous permet de bien comprendre les besoins de nos clients.

Chaque fois que nous entamons un projet, la discussion commence par : "Nous avons ces nouvelles pièces ; voici les exigences et les risques que nous avons identifiés. Comment pouvons-nous traiter ces questions ?

Gert Brabants : Une fois que ces risques sont traités et gérés correctement au cours du processus, nous pouvons parler de contrôle du processus. Il s'agit principalement de contrôler des échantillons témoins au cours du processus afin de vérifier que nos processus sont stables et maîtrisés.

Prenons l'exemple du PA-FR : nous fabriquons systématiquement 15 échantillons témoins uniquement pour les essais de traction, afin de vérifier que nos processus répondent à toutes les exigences. En outre, nous vérifions la densité, la précision des dimensions, la qualité visuelle et d'autres éléments tels que la dureté, afin de nous assurer que le processus lui-même est stable.

Gert Brabants : Après l'impression, nos opérateurs de contrôle de la qualité inspectent visuellement la pièce pour s'assurer qu'elle ne présente aucun défaut. Nous établissons également toute la documentation nécessaire : rapports d'inspection du premier article (FAI), rapports d'essai sur des aspects tels que la couleur des pièces peintes, et nous validons les propriétés mécaniques du matériau sur lequel les pièces sont construites afin de nous assurer qu'elles répondent à toutes les exigences.

Gert Brabants : Nous suivons le même processus NPI pour toutes les industries. En effet, depuis le nombre d'échantillons témoins que nous vérifions jusqu'à l'inspection des marchandises à la réception, en passant par la qualité des matériaux et la rigueur du processus lui-même, tout doit répondre à ces normes très spécifiques.

Nous avons également développé notre processus de contrôle de la qualité pour répondre à ces exigences ; nous avons une équipe dédiée et des normes uniques pour l'aérospatiale, il y a des vérifications et des contrôles spécifiques, et un catalogue de défauts différent. Nous savons que ce système fonctionne, c'est pourquoi nous souhaitons l'appliquer à d'autres matériaux qui nécessitent ce niveau de contrôle et de qualité dans des secteurs tels que la technologie médicale.

Erik de Zeeuw : La sécurité dans l'aviation est la priorité absolue. Elle est donc principalement dictée par les régulateurs et en partie aussi par Airbus en tant que client - sa taille et son influence en font une sorte de régulateur à part entière. Ce niveau de réglementation est très rare dans d'autres secteurs.

Gert Brabants : Nous partageons toujours nos propres normes, les marges avec lesquelles nos processus fonctionnent, les limites admissibles pour les caractéristiques des matériaux, etc. Ils sont souvent cités en exemple au sein de l'industrie et acceptés en l'absence d'une norme ISO. Nous avons créé ce document de contrôle des processus pour prouver que nos processus sont maîtrisés, gelés et stables - il est très bien accueilli par nos clients. 

Je pense que la normalisation aujourd'hui est encore largement axée sur ce qu'il faut contrôler, et non sur la manière exacte de le faire. Par exemple, ils peuvent indiquer que vous devez vérifier les propriétés des matières premières de la poudre que vous recevez, mais ne pas préciser les limites à utiliser, la fréquence des contrôles ou la meilleure façon de procéder. Ils vous diront simplement de vous assurer que vous avez mis en place un contrôle.

Erik de Zeeuw : Je dirais qu'il y a deux raisons à cela. D'une part, les organismes de normalisation ne veulent pas tout contrôler - ils ne veulent pas créer de pièges d'audit avec leurs normes, et ils veulent que les entreprises fassent preuve de souplesse dans l'interprétation de ce qui est exigé. Cependant, il existe également des domaines qui n'ont pas encore été identifiés.

Le nombre de normes n'a cessé d'augmenter ces dernières années sur l'ensemble de la chaîne de production de la fabrication additive : réglage des machines, formation des employés, préparation des poudres, etc. C'est pourquoi nous continuons à faire progresser nos normes et à travailler en étroite collaboration avec des groupes tels que l'EASA et Nadcap.

Gert Brabants : Nous participons aux discussions et aux groupes de travail sur la certification des pièces à faible criticité, ainsi qu'aux organismes de certification. En ce sens, nous sommes également aux commandes lorsqu'il s'agit de nouvelles exigences et de la manière d'y répondre.

Ce que nous avons fait jusqu'à présent avec les groupes de travail de l'EASA et de la FAA, c'est discuter de ce à quoi devrait ressembler la certification des pièces à faible criticité. Nous avons également présenté nos cas avec notre approche des permis et la manière dont nous relevons le défi de la certification aux principaux partenaires de l'industrie, y compris Airbus, Boeing et les autorités européennes et américaines. Cela nous permet d'avoir notre mot à dire sur la manière dont nous envisageons cette évolution et de suivre de près son évolution - nous n'aurons pas un grand fossé à combler si quelque chose change ou si nous nous orientons dans une certaine direction.

Gert Brabants : Erik et moi avons tous deux participé avec Airbus à la mise en place des processus de fused deposition modeling (FDM) et selective laser sintering (SLS). Nous avons évidemment beaucoup appris de cette expérience et nous l'appliquons également à tous nos clients de l'aérospatiale. Je pense qu'en termes de normes de processus, Airbus dispose de certaines des plus détaillées qui soient.

Nous avons été particulièrement impliqués dans le cas du frittage de poudre. Il y a eu une véritable collaboration où nous avons partagé notre connaissance du processus et travaillé avec eux pour fixer et rédiger une spécification de processus basée sur notre expérience combinée. Nous avons participé activement à la définition des modalités de fonctionnement et de contrôle.

Erik de Zeeuw : Absolument, c'est notre quotidien. Nous l'avons fait pour des centaines de milliers de pièces. Nous respectons rigoureusement ces normes, et c'est la raison de notre succès et de la confiance que nos clients accordent à la fabrication additive avec Materialise. J'ai le sentiment que chaque fois que nous sommes audités, ils apprécient cette façon de travailler.

Erik de Zeeuw : Il s'agit d'une évaluation du fonctionnement de l'épine dorsale de notre système de gestion de la qualité et de la manière dont nous gérons nos opérations. Il ne s'agit donc pas seulement d'adhérer aux normes, mais aussi d'évaluer notre maturité en tant qu'organisation de production.

Gert Brabants : Exactement. Il ne s'agit pas spécifiquement de la qualité des pièces que nous livrons, mais de la configuration globale, de la manière dont nous contrôlons les processus et de nos performances en matière de livraison. Respectons-nous les délais de livraison ? Avons-nous beaucoup de plaintes concernant la qualité et comment les traitons-nous ? Comment résoudre les problèmes, assurer le suivi et s'améliorer au fil du temps ?

Nous faisons également l'objet d'audits réguliers sur les qualifications des processus pour FDM et SLS. Tous les deux ans, Airbus vient vérifier spécifiquement si tout est en ordre dans le processus SLS. Sur cette base, ils définissent les lacunes et les mesures à prendre. Tous ces éléments réunis nous permettent de fournir en permanence des pièces de qualité et de continuer à nous améliorer là où c'est nécessaire.

Gert Brabants : D'une part, c'est relativement simple - pour la plupart des pièces, la nomenclature ne comprend que la matière première, parfois la peinture ou des assemblages mineurs. D'autre part, nous travaillons en étroite collaboration avec nos fournisseurs - projets de R&D, améliorations, développement commercial de base. Nous avons une excellente connexion.

J'aimerais également souligner notre score sur les procédés spéciaux, car il s'agit en fait de qualifier et de contrôler la technologie, de s'assurer que les résultats de ces processus sont robustes et reproductibles.

Gert Brabants : Je pense que c'est parce qu'il n'y a pas beaucoup de normalisation ou de données accessibles ; on ne trouve pas de bases de données en ligne sur les propriétés des matériaux pour la fabrication additive. Ils sont tous très limités et spécifiques. La seule façon de créer cette confiance avec nos clients de l'aérospatiale est de leur montrer les données.

Nous disposons d'une base de données très complète parce que nous avons travaillé pendant longtemps avec l'un de nos partenaires OEM sur le FDM et le SLS : Cette base de données est alimentée par 15 valeurs de données par construction produite en PA-FR. Nous avons commencé à produire du PA-FR spécifiquement pour ce partenaire il y a cinq ans, mais pour l'aérospatiale notre base de données a été alimentée depuis bien plus longtemps. Nous pouvons prouver que nos processus sont cohérents et fiables.

Gert Brabants : Pour les entreprises du secteur aérospatial, la qualification est essentiellement la preuve que le processus est suffisamment bon, mais pour le prouver, il faut collecter des points de données, ce qui est coûteux. Ils peuvent effectuer des tests sur une, deux ou trois constructions pour prouver que les propriétés des matériaux sont bonnes, mais il s'agit d'un investissement important pour le client, et cela donne une vision très limitée du processus. Il s'agit d'une image très spécifique du processus dans le temps qui n'indique pas ce que sera la performance de ce processus dans un ou deux ans.

Nos données montrent que notre qualité est stable, que ce soit il y a deux ans, ou même cinq ans. Et que les résultats seront stables l'année prochaine également. C'est la grande valeur. C'est le type de données dont nos clients ont besoin si nous voulons qu'ils fassent confiance à la fabrication additive - qu'il s'agisse de fiabilité, de convaincre les décideurs ou simplement de franchir l'obstacle financier des essais pour les aider à démarrer.

Erik de Zeeuw : Nous devons également reconnaître sa pertinence pour les autorités. Ils sont conscients que la technologie est à forte intensité de processus, ce qui signifie que les propriétés sont définies lors de l'impression, et non via les matières premières. C'est pourquoi nous avons besoin d'un contrôle étroit des processus et de données qui proviennent réellement de l'endroit où sont produites les pièces, et pas seulement de ce que le fabricant de la machine dit pouvoir obtenir. Les données de performance réelles et les tolérances déduites¹ sont importantes parce qu'elles prouvent que nous contrôlons le processus, que nous le maîtrisons dans notre production et qu'elles montrent à nos clients ce qu'ils peuvent attendre des produits qu'ils ont l'intention d'acheter.

Erik de Zeeuw : Je dirais plutôt qu'il s'agit d'un manque de sensibilisation au niveau atteint par la fabrication additive. Il existe de nombreux exemples montrant que cela fonctionne pour les pièces d'utilisation finale, mais certains de nos interlocuteurs s'étonnent que cela soit si avancé dans le domaine de l'aérospatiale, avec un tel niveau de maturité.

Gert Brabants : Il ne faut pas non plus sous-estimer le temps que peut prendre un changement dans ce secteur. Au cours des dix dernières années, nous avons livré des pièces FDM à Airbus ; les pièces qui étaient auparavant usinées sont désormais imprimées en 3D. Airbus a utilisé ces pièces pour développer ses connaissances en matière d'impression 3D et profiter des avantages de la chaîne d'approvisionnement en commandant de petites quantités.

Aujourd'hui, nous commençons à voir de plus en plus de cas avec Airbus où nous parlons vraiment ensemble de l'optimisation de la conception et de l'intégration de plusieurs pièces - les domaines où la fabrication additive peut vraiment exceller.

Gert Brabants : Pour situer le contexte, nous produisons chaque année plus de 26 000 pièces pour l'écosystème de l'A350. Il s'agit de l'avion le plus récent d'Airbus, et il n'avait pas de pièces imprimées en 3D au départ. C'est un gros effort de leur part. 

L'introduction de pièces imprimées en 3D s'accompagne de nombreux coûts de recertification, de sorte que le moyen le plus simple d'y parvenir aujourd'hui est encore de changer de méthode de fabrication, une par une. Vous ne touchez pas au dessin ou modèle et vous n'avez pas besoin de prouver que votre dessin ou modèle a changé. Il suffit de prouver que la technologie de production n'introduit pas de nouveaux modes de défaillance.

Supposons qu'une entreprise aérospatiale veuille revoir la conception d'une pièce à partir de zéro et se lance dans l'optimisation du poids et les conceptions bioniques. Dans ce cas, ils doivent également prouver que le nouveau dessin ou modèle est aussi bon que le précédent, ce qui rend le processus beaucoup plus complexe. La bonne nouvelle, c'est qu'Airbus cherche de plus en plus à s'engager dans cette voie, car il voit les avantages de la conception pour la fabrication additive. Ils possèdent les connaissances nécessaires, acquises au fil des années de production de pièces simples, mais ils doivent vraiment identifier les bons cas, élaborer les analyses de rentabilité, puis trouver les bonnes applications.

Erik de Zeeuw : C'est une approche que les autorités et nous-mêmes recommandons à tous ceux qui souhaitent adopter la fabrication additive dans l'aérospatiale : procédez par étapes et ne commencez pas immédiatement à travailler sur des pièces hautement critiques. Prenez le temps de vous familiariser avec la technologie, commencez par des pièces faciles, peu critiques et de conception conventionnelle, puis passez à des conceptions plus avancées et à des applications plus critiques.

Erik de Zeeuw : C'est déjà le cas, bien qu'à un rythme plus lent. Bien sûr, l'effort de certification est plus important et davantage d'exigences doivent être évaluées, mais nous travaillons pour y parvenir, tout comme les entreprises de construction aéronautique.