Une histoire de l'utilisation et de l'impact de l'impression 3D dans les nouvelles entreprises spatiales

Les avantages de l'impression 3D sont bien documentés. La technologie permet de créer des produits à l'endroit où ils sont nécessaires. Cela aide à résoudre les problèmes d'efficacité, en faisant avancer les chaînes d'approvisionnement en douceur. Cela peut avoir un impact considérable sur la réduction des ressources et du temps nécessaires à la fabrication des produits.

Les entreprises de fusées ont utilisé l'impression 3D, officiellement connue sous le nom de fabrication additive, pendant la majeure partie de la dernière décennie, à commencer par le développement par SpaceX en 2013 d'une partie imprimée en 3D du SuperDraco moteur de fusée.

Cet article suit l'historique de l'utilisation de l'impression 3D dans les nouvelles entreprises spatiales. Vers la fin de l'article, nous aborderons également une autre technique de fabrication avancée utilisée par ces entreprises : le moulage sous haute pression.

Définir l'impression 3D

Commençons par un rappel de ce qu'implique la technologie d'impression 3D. Il n'y a pas de meilleur endroit pour chercher la définition de l'impression 3D que chez les maîtres de l'impression 3D, Autodesk.

Autodesk définit L'impression 3D comme "un processus par lequel des objets physiques sont créés en déposant des matériaux en couches sur la base d'un modèle numérique". La même source ajoute que "la technologie d'impression 3D peut être utilisée pour tout créer, des prototypes et des pièces simples aux produits finaux hautement techniques tels que des pièces d'avion..., des bâtiments respectueux de l'environnement, des implants médicaux vitaux et même des organes artificiels utilisant des couches de cellules humaines". .”

Autodesk identifie trois méthodes principales utilisé lors de la fabrication d'articles en 3D :

Fabrication de filaments fondus (FFF): Principalement dans la fabrication de produits de consommation, cette méthode chauffe et extrude la matière plastique en couches qui forment le produit requis. On l'appelle aussi modélisation par dépôt de fil fondu (FDM).

Stéréolithographie (SLA): Utilise la lumière UV pour durcir ou durcir les revêtements, une couche après l'autre.

Frittage laser sélectif (SLS): fusionne des matériaux en poudre à l'aide de lasers, couche par couche.

Pourquoi les industriels de l'espace se tournent vers l'impression 3D

Le fournisseur de logiciels de fabrication additive, AMFG, donne un aperçu de l'impact de la fabrication 3D dans le domaine des voyages spatiaux. L'entreprise Remarques que les "fabricants d'engins spatiaux sont confrontés au défi d'accélérer le développement et la production de fusées, tout en réduisant les coûts et en augmentant l'efficacité".

AMFG dit que le processus traditionnel de fabrication de fusées implique plusieurs cycles de prototypage et phases de production, ce qui rend le processus coûteux et chronophage. La même source indique que le processus de fabrication 3D peut réduire le temps de fabrication des pièces d'une période traditionnelle de 14 semaines à seulement quelques semaines, ce qui permet aux fabricants d'importantes économies de temps et de coûts.

La fabrication 3D garantit également la précision des pièces, ce qui est une tâche difficile lors de l'utilisation de méthodes de fabrication traditionnelles.

La première pièce imprimée en 3D dans l'espace

Elon Musk a créé SpaceX en 2002. Sa mission était de réduire le coût des voyages dans l'espace afin que les humains puissent éventuellement coloniser Mars. Selon pour SpaceX, cela serait réalisé grâce à l'utilisation de "lanceurs entièrement réutilisables qui seront les plus puissants jamais construits, capables de transporter des humains vers Mars et d'autres destinations du système solaire".

Le 5 septembre 2013, Musk annoncé via un tweet que "SpaceX SuperDraco inconel rocket chamber w regen cooling jacket émerge de l'imprimante métal EOS 3D."

La source d'information sur l'exploration spatiale, l'innovation et l'astronomie, Space.com rapports que "SpaceX a envoyé sa première pièce imprimée en 3D dans l'espace au début de cette année [2014]". La même source ajoute que "la pièce, une soupape d'oxydation principale de moteur de fusée, a volé à bord du lancement par SpaceX le 6 janvier d'une fusée Falcon 9 transportant le satellite de télécommunications commercial Thaicom 6 en orbite".

Le caractère pratique de l'utilisation de l'impression 3D pour fabriquer des pièces de fusée a été validé par le fait que la valve fonctionnait comme requis dans des conditions difficiles, y compris à des températures extrêmement basses.

SpaceX utilise également la technologie d'impression 3D pour produire d'autres accessoires tels que des casques. Selon à 3Dnatives.com, "Chaque casque comprend une visière, des valves, des verrous et des microphones."

Blue Origin : des investissements importants dans l'impression 3D 

Blue Origin est le constructeur aérospatial créé par le fondateur d'Amazon, Jeff Bezos. La société a été lancée en 2000 dans le Kent, Washington. "Nous nous engageons à construire une route vers l'espace afin que nos enfants puissent construire l'avenir", lit-on dans le communiqué de l'entreprise. énoncé de mission.

Blue Origin aussi dit qu'il est à la hauteur de son énoncé de mission en développant "des lanceurs partiellement et entièrement réutilisables qui sont sûrs, peu coûteux et répondent aux besoins de tous les clients civils, commerciaux et de la défense".

La technologie d'impression 3D est un élément important pour garantir que les produits de voyage spatiaux à faible coût et sûrs de Blue Origin deviennent la norme. 3DPrintingIndustry.com cite le président de Blue Origin, Rob Meyerson, qui dit que son entreprise "a fait un investissement important dans l'impression 3D". Il ajoute : « Nous sommes tous prêts à adopter de nouvelles technologies et à tirer pleinement parti des possibilités.

3DPrintingIndustry.com aussi rapports que Meyerson a illustré, dans une présentation, les avantages en termes de gain de temps et d'argent apportés par l'impression 3D par rapport aux méthodes de moulage traditionnelles. Dans la présentation, Meyerson présente une pièce qui a pris trois mois à fabriquer en utilisant l'impression 3D. La même pièce prend plus de 12 mois en utilisant les méthodes de coulée traditionnelles.

Le moteur imprimé en 3D emmenant la première femme à la surface de la Lune

En décembre 2020, 3Dprint.com a rapporté que "Blue Origin a créé un atterrisseur à trois étages qui pourrait emmener la première femme et le prochain homme à la surface de la Lune d'ici 2024".

La partie intéressante est que le moteur BE-7 alimentant le système d'atterrisseur lunaire a été fabriqué à l'aide de la technologie 3D. Ceci est confirmé par Bezos, qui dit, "Le BE-7 est un moteur d'atterrissage lunaire à haute performance à hydrogène liquide / oxygène liquide fabriqué de manière additive avec une poussée de 10 000 lbf - un étranglement profond jusqu'à 2 000 lbf pour un atterrissage précis sur la Lune."

Mais ce n'est pas tout. Bezos a utilisé un Vidéo Instagram pour annoncer que "C'est le moteur qui emmènera la première femme à la surface de la Lune." Selon le Washington Post, cette femme était Wally Funk, qui a perdu sa chance d'aller dans l'espace en 1961 car "La NASA n'avait pas de programme pour les femmes astronautes."

Funk n'a peut-être pas atterri à la surface de la Lune, mais elle aurait finalement la chance de voyager dans l'espace le 20 juillet 2021. Elle avait 82 ans. Funk était l'un des trois passagers qui ont voyagé avec Bezos dans ce que Blue Origin doublé son « premier vol humain ».

Lancement d'une fusée entièrement imprimée en 3D en orbite

Relativity Space est une société spatiale créée en 2015. La société a indiqué son objectif être "la première entreprise spatiale à lancer avec succès une fusée entièrement imprimée en 3D en orbite".

Mais que signifie en réalité "fusée entièrement imprimée en 3D". Denrie Perez, qui écrit pour Engineering.com, a le réponse: "Des moteurs au fuselage, Relativity automatise presque tout le processus de fabrication."

Pérez ajoute que l'impression 3D a permis à Relativity de modifier rapidement ses conceptions. Elle note que pour battre des concurrents comme SpaceX, la société vend de la personnalisation. "L'utilisation de l'impression 3D permettrait à l'entreprise de modifier à plusieurs reprises les capsules pour s'adapter à tout type de satellite", écrit-elle.

Forbes.com cite le PDG de Relativity, Tim Ellis, qui dit qu'"avec l'impression 3D, nous sommes en mesure de fabriquer des fusées plus rapidement, avec une usine plus petite et plus légère et moins de processus".

Le 8 juin 2021, Alex Knapp de Forbes.com signalé que Relativity avait levé $650 millions lors d'un tour de table de série E. Il rapporte que "le capital est destiné à accélérer le développement de la fusée Terran R de la société, qui sera entièrement imprimée en 3D et capable de lancer des charges utiles plus importantes que la fusée Falcon 9 d'Elon Musk".

Autres entreprises spatiales utilisant l'impression 3D

Avec les avantages de l'impression 3D dans le domaine spatial, il n'est pas surprenant que toutes les entreprises spatiales sérieuses semblent faire quelque chose pour fabriquer des pièces en utilisant cette technologie.

Michael Petch, écrivant pour 3DPrintingIndustry.com, rapporte que le président et chef de la direction de Virgin Galactic, George Whitesides, avait informé lors d'une interview que «l'objectif de l'entreprise est de réduire le temps nécessaire à la production de nos moteurs de plusieurs mois à plusieurs semaines». Petch a indiqué que la 3D jouerait un rôle important dans la réalisation de cet objectif.

Rocket Lab est une entreprise de voyages spatiaux décrit par le MIT Technology Review comme "La petite entreprise qui a lancé la révolution spatiale imprimée en 3D". Peter Beck a créé la société en 2006.

La revue technologique du MIT rapports que "Six des fusées [Rocket Lab] ont été lancées avec succès jusqu'à présent, chacune équipée de neuf moteurs Rutherford qui sont créés principalement à l'aide de l'impression 3D en métal, tout comme un certain nombre d'autres éléments à bord."

Y a-t-il de la place pour d'autres méthodes ?

Même si de nouvelles entreprises spatiales vont de l'avant avec les technologies 3D, il semble que d'autres méthodes utilisées depuis des lustres aient encore de la place dans l'industrie.

Un exemple de technologie utilisée depuis de nombreuses années, mais toujours d'actualité aujourd'hui est moulage par injection plastique.

La preuve que ces méthodes ont encore de l'avenir peut être vue dans une récente offre d'emploi de SpaceX indiquant que l'entreprise embauche des ingénieurs et des techniciens versés dans les technologies pertinentes.

L'annonce États que ces ingénieurs et techniciens "travailleront en étroite collaboration avec nos équipes d'ingénieurs dans les premières phases du développement du procédé de moulage sous haute pression et de la mise en service de l'équipement et conduiront le développement de moulage sous pression en aluminium dans l'entreprise."

D'après les efforts et les investissements réalisés par les nouvelles entreprises spatiales, il est clair que l'impression 3D sera une partie importante de l'avenir. Pour des organisations comme Nasa, l'impression 3D peut résoudre le défi d'envoyer des pièces de rechange à la Station spatiale internationale en permettant à certaines d'entre elles d'être fabriquées directement sur l'ISS en utilisant l'impression 3D.