Rétro-ingénierie « presque impossible » pour fabriquer des pièces de rechange d'avion grâce au scan 3D d’Artec

Un pilote d’essai dans l'avion léger Sadler Vampire. Image via Wikimedia Commons

N’avez-vous jamais rêvé de vous envoler à bord de votre propre avion et de rejoindre une nouvelle destination quand vous le souhaitez ? La perspective d’une telle liberté illimitée a inspiré l’innovation dans le domaine de l’aviation, et l’industrie compte de nombreuses tentatives pour faire de ce rêve une réalité.

Depuis le lancement du LearJet 23 en 1964, qui a popularisé les jets privés, les modèles ont rapidement évolué, certains visant des voyages aériens de plus en plus luxueux, d’autres privilégiant la fonctionnalité.

L’un des avions les plus innovants est apparu dans les années 1980 : le Sadler Vampire. Contrairement à bon nombre de ses pairs, il était équipé d’ailes repliables et d’un système de nacelle et de flèche. Aujourd’hui encore, l’appareil reste populaire auprès des pilotes amateurs, et son design a été réutilisé à de nombreuses reprises ; une version « Piranha » équipée d’une mitrailleuse a même été lancée à une époque.

Toutefois, en raison de la nature expérimentale de l’avion, sa conception n’a jamais été conservée sous forme de CAO, et il devient difficile de se procurer des pièces de rechange. Face aux problèmes d’approvisionnement qui s’annoncent, un pilote a tenté de garder une longueur d'avance en numérisant l’intégralité de son Sadler Vampire à l’aide d'un scanner 3D d’Artec.

Numériser une icône de l’aviation

Depuis qu’il a vendu son premier Sadler Vampire il y a plusieurs dizaines d’années, le pilote en question prend de plus en plus conscience de la rareté de l’appareil. C’est pourquoi, pour parer à toute éventualité ou pour apporter ses propres modifications, il a jugé bon de créer une « base » de conception numérique.

Si la structure de l’aile de l’avion présente des crêtes, ce qui la rend assez facile à numériser, son cockpit blanc, semblable à une nacelle, est dépourvu de rivets et de texture, et il est fabriqué en fibre de verre réfléchissante. La capture par photogrammétrie était une possibilité, mais le modèle obtenu aurait exigé un nettoyage important.

Après avoir demandé de l'aide à 3DMakerWorld, le partenaire américain de longue date d’Artec a suggéré une autre solution : utiliser Artec Leo. Même si Artec Space Spider aurait pu capturer l'avion avec la précision nécessaire à la rétro-ingénierie, la vitesse de balayage de 35 millions de pts/sec, l’affichage intégré et la polyvalence sans câble de Leo l’ont rendu plus adapté au projet.

Chad Mees de 3DMakerWorld numérise la section du pod d’un Sadler Vampire avec Artec Leo. Avec l’aimable autorisation de 3DMakerWorld

« Nous avions une installation fragile, il était placé sur un support de moteur et une longue poutre le traversait. Je devais donc manœuvrer tout autour, explique Chad Mees, ingénieur chez 3DMakerWorld. Avec Artec Leo, il était facile de le retourner, de l’insérer dans des cavités et de capturer les caractéristiques internes. Grâce à son écran intégré, je pouvais également regarder ce que je faisais sans me heurter à quoi que ce soit ! »

Un autre avantage du scan 3D d’Artec est le niveau de précision élevé que l’équipe a pu atteindre, sans avoir besoin de cibles ou de marqueurs de repérage. Ainsi, le Sadler Vampire n’a pas été endommagé pendant la numérisation, le workflow a été rationalisé et il a été possible de capturer toutes les données nécessaires en quelques minutes.

Scan-vers-CAO dans Artec Studio

Pour effectuer de la rétro-ingénierie de pointe, les entreprises investissent souvent dans des outils supplémentaires tels que ceux proposés par Geomagic pour SOLIDWORKS, mais ici, les outils d’Artec Studio se sont avérés plus que suffisants.

Chad Mees explique notamment que la brosse de nettoyage du logiciel de scan 3D et de traitement des données de scan s’est avérée très utile pour éliminer les artefacts. Cela aurait normalement été difficile en raison de la forme organique du cockpit, mais grâce à cet outil, il a pu vérifier que les surfaces des pièces s’adaptaient parfaitement.

Maillage 3D du cockpit incurvé du Sadler Vampire. Avec l’aimable autorisation de 3DMakerWorld

« Par endroits, quand nous avions de petits artefacts, nous avons pu les supprimer grâce aux outils de lissage d’Artec Studio, explique M. Mees. Lorsque les scans ne se rejoignaient pas parfaitement, le logiciel a également su relier les surfaces facilement. Le nettoyage a été très simple. »

« Le nettoyage, qui impliquait tous ces différents composants, a été entièrement réalisé dans Artec Studio. Je n’ai pas eu besoin d’éditer d’autres maillages. »

Avec le recul, il pense que les outils d’épaississement de surface d’Artec Studio auraient pu simplifier davantage le processus. Le Vampire comportait de nombreuses géométries étroites, pour lesquelles il était très difficile de capturer les deux côtés, un problème qui aurait pu être résolu en ajoutant de l’épaisseur à certains endroits.

Mais même sans cette fonctionnalité, le maillage obtenu a pu être exporté et transformé en un modèle 3D entièrement texturé, avec le niveau de détail requis pour la rétro-ingénierie.

Maillage 3D d’une prise d’air isolée du Sadler Vampire. Avec l’aimable autorisation de 3DMakerWorld

Possibilités d'analyses et de modernisations

À l’avenir, Leo pourrait offrir d’autres possibilités de scan 3D des aéronefs, notamment dans les domaines des essais non destructifs (END) et de la dynamique des fluides numérique (CFD).

Même s’il était possible de créer manuellement le modèle parfait d’un avion comme le Vampire, M. Mees estime que cela « ne permettrait pas vraiment de savoir s’il a été construit correctement. » Grâce au scan 3D d’Artec, en revanche, il est possible de capturer des corps incurvés et de transférer les données obtenues dans une simulation CFD qui permet d’analyser comment les turbulences de l’air affectent les performances de l’aéronef.

Pour l’instant, le propriétaire du Vampire ne prévoit pas d’analyse CFD, mais il dispose désormais d’un fichier de conception qu’il pourra utiliser s’il décide d’apporter des améliorations ou s’il a besoin de pièces de rechange.

« Artec Leo était l’outil idéal pour ce projet en raison de son champ de vision plus large et de sa maniabilité, ajoute Kevin Stucky, consultant en scan 3D chez 3DMakerWorld. Il aurait été vraiment pénible de pénétrer dans des espaces clos ou de traîner un ordinateur portable dans notre installation. Le scan s’est également déroulé sans bruit et l’incroyable flexibilité de Leo a été très agréable à constater. »

« Obtenir des mesures exactes (comme celles que nous avons obtenues ici) aurait été presque impossible si nous n’avions pas eu recours au scanner 3D Artec Leo. »