Les avantages de l'impression 3D sont bien documentés. Cette technologie permet de fabriquer des produits directement sur le lieu de production. Elle contribue à améliorer l'efficacité et à fluidifier les chaînes d'approvisionnement. Cela peut réduire considérablement les ressources et les délais nécessaires à la fabrication des produits.
Les entreprises aérospatiales utilisent l'impression 3D, également appelée fabrication additive, depuis près de dix ans, à commencer par le développement par SpaceX en 2013 d'une pièce imprimée en 3D. Superdraco moteur de fusée.
Cet article retrace l'histoire de l'utilisation de l'impression 3D dans les nouvelles entreprises spatiales. En fin d'article, nous aborderons également une autre technique de fabrication avancée employée par ces entreprises : le moulage sous pression.
Définition de l'impression 3D
Commençons par un rappel des principes de l'impression 3D. Pour une définition complète, rien de mieux que de se référer aux maîtres de l'impression 3D : Autodesk.
Autodesk définissant L'impression 3D est définie comme « un procédé de création d'objets physiques par dépôt de matériaux en couches successives à partir d'un modèle numérique ». La même source ajoute que « cette technologie permet de créer aussi bien des prototypes et des pièces simples que des produits finaux de haute technologie, tels que des pièces d'avion, des bâtiments écologiques, des implants médicaux vitaux et même des organes artificiels à partir de couches de cellules humaines ».
Autodesk identifie trois méthodes principales utilisé lors de la fabrication d'articles en utilisant la 3D :
Fabrication par dépôt de filament fondu (FFF)Principalement utilisée dans la fabrication de biens de consommation, cette méthode consiste à chauffer et à extruder de la matière plastique par couches successives pour former le produit souhaité. Elle est également appelée modélisation par dépôt de fil fondu (FDM).
Stéréolithographie (SLA): Utilise la lumière UV pour durcir ou polymériser les reliefs, couche après couche.
Frittage laser sélectif (SLS)Fusionne les matériaux en poudre à l'aide de lasers, couche par couche.
Pourquoi les fabricants du secteur spatial 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. note que « les fabricants de vaisseaux 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 Le processus de fabrication traditionnel des fusées comprend plusieurs cycles de prototypage et phases de production, ce qui le rend coûteux et long. La même source indique que la fabrication 3D permet de réduire le délai de production des pièces de 14 semaines à seulement quelques semaines, offrant ainsi aux fabricants des économies de temps et de coûts considérables.
La fabrication 3D garantit également la précision des pièces, ce qui représente un défi de taille avec les méthodes de fabrication traditionnelles.
La première pièce imprimée en 3D dans l'espace
Elon Musk a fondé SpaceX en 2002. Sa mission était de réduire le coût des voyages spatiaux afin que les humains puissent un jour coloniser Mars. D'après Pour SpaceX, cela se ferait grâce à l'utilisation de « lanceurs entièrement réutilisables qui seraient 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 indiquant que « la chambre de fusée en inconel SuperDraco de SpaceX avec enveloppe de refroidissement régénératif sort de l'imprimante 3D métal EOS ».
Space.com, la source d'informations sur l'exploration spatiale, l'innovation et l'astronomie. (lire ici) « SpaceX a envoyé sa première pièce imprimée en 3D dans l'espace au début de cette année [2014] ». La même source ajoute que « cette pièce, une vanne d'oxydant principale de moteur-fusée, a volé à bord du lancement de SpaceX le 6 janvier, à bord d'une fusée Falcon 9 transportant le satellite de télécommunications commercial Thaicom 6 en orbite ».
La faisabilité de l'impression 3D pour la fabrication de pièces de fusée a été validée par le fait que la valve a fonctionné comme prévu 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. D'après Selon 3Dnatives.com, « chaque casque est équipé d'une visière, de valves, de verrous et de microphones ».
Blue Origin : Investissements importants dans l'impression 3D
Blue Origin est le constructeur aérospatial fondé par Jeff Bezos, le fondateur d'Amazon. L'entreprise a été lancée en 2000 à Kent, dans l'État de Washington. « Nous nous engageons à ouvrir la voie à l'espace pour que nos enfants puissent construire l'avenir », peut-on lire dans le communiqué de presse de l'entreprise. énoncé de mission.
Blue Origin également dit qu’elle est à la hauteur de sa mission en développant « des lanceurs partiellement et entièrement réutilisables, sûrs, peu coûteux et répondant aux besoins de tous les clients civils, commerciaux et de défense ».
Un élément essentiel pour que les produits de voyage spatial de Blue Origin, à la fois sûrs et abordables, deviennent la norme réside dans la technologie d'impression 3D. 3DPrintingIndustry.com cite le président de Blue Origin, Rob Meyerson, qui dit Il affirme que son entreprise « a réalisé un investissement important dans l'impression 3D ». Il ajoute : « Nous sommes pleinement engagés dans l'adoption des nouvelles technologies et dans l'exploitation de toutes leurs possibilités. »
3DPrintingIndustry.com également (lire ici) Dans une présentation, Meyerson a illustré les gains de temps et de coûts offerts par l'impression 3D par rapport aux méthodes de fonderie traditionnelles. Il a notamment présenté une pièce fabriquée en trois mois grâce à l'impression 3D, alors que la même pièce nécessiterait plus de douze mois de fabrication par les méthodes de fonderie traditionnelles.
Le moteur imprimé en 3D qui emmènera 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. »
Le plus fascinant, c'est que le moteur BE-7 qui propulse le système d'atterrisseur lunaire a été fabriqué grâce à la technologie 3D. Bezos le confirme. dit« Le BE-7 est un moteur d'atterrissage lunaire haute performance, fabriqué par impression 3D, fonctionnant à l'hydrogène liquide et à l'oxygène liquide, avec une poussée de 10 000 lbf et une réduction de poussée jusqu'à 2 000 lbf pour un atterrissage précis sur la Lune. »
Mais ce n'est pas tout. Bezos a utilisé un Instagram vidéo annoncer que « voici le moteur qui emmènera la première femme sur la Lune ». Selon le Washington Post, cette femme était Wally Funk, qui a raté sa chance d'aller dans l'espace en 1961. car « La NASA n'avait pas de programme pour les femmes astronautes. »
Si Funk n'a pas foulé le sol lunaire, elle a finalement eu l'occasion de voyager dans l'espace le 20 juillet 2021. Elle avait 82 ans. Funk était l'une des trois personnes à bord desquelles Bezos a voyagé avec Blue Origin. doublé son « premier vol humain ».
Lancement d'une fusée entièrement imprimée en 3D en orbite
Relativity Space est une entreprise spatiale fondée en 2015. L'entreprise a indiqué que objectif Être « la première entreprise spatiale à réussir le lancement en orbite d'une fusée entièrement imprimée en 3D ».
Mais que signifie concrètement une « fusée entièrement imprimée en 3D » ? Denrie Perez, qui écrit pour Engineering.com, nous livre ses réponses. répondre« Des moteurs au fuselage, Relativity automatise la quasi-totalité du processus de fabrication. »
Perez ajoute L'impression 3D a permis à Relativity de modifier rapidement ses conceptions. Elle souligne que, pour surpasser des concurrents comme SpaceX, l'entreprise mise sur la personnalisation. « L'utilisation de l'impression 3D permettrait à l'entreprise de modifier à répétition les capsules pour les adapter à tout type de satellite », écrit-elle.
Forbes.com cite le PDG de Relativity, Tim Ellis, qui dit « Grâce à l’impression 3D, nous sommes capables de fabriquer des fusées plus rapidement, avec une usine plus petite et plus efficace, et en moins d’étapes. »
Le 8 juin 2021, Alex Knapp de Forbes.com rapporté Relativity a levé 650 millions de dollars lors d'un tour de table de série E. Il précise que « ces fonds sont destinés à accélérer le développement de la fusée Terran R de l'entreprise, qui sera entièrement imprimée en 3D et capable de lancer des charges utiles plus importantes que la fusée Falcon 9 d'Elon Musk. »
D'autres entreprises du secteur spatial utilisent l'impression 3D
Compte tenu des avantages de l'impression 3D dans le domaine spatial, il n'est pas surprenant que toutes les entreprises spatiales sérieuses semblent s'intéresser à la fabrication de pièces grâce à cette technologie.
Michael Petch, écrivant pour 3DPrintingIndustry.com, rapporte que le président-directeur général de Virgin Galactic, George Whitesides, avait Actualités Lors d'une interview, il a déclaré que l'objectif de l'entreprise était de réduire le temps de production de ses moteurs de plusieurs mois à quelques semaines. Petch a indiqué que l'impression 3D jouerait un rôle déterminant dans la réalisation de cet objectif.
Rocket Lab est une entreprise de voyages spatiaux décrit La MIT Technology Review la qualifie de « petite entreprise à l'origine de la révolution spatiale imprimée en 3D ». Peter Beck a fondé la société en 2006.
La revue technologique du MIT (lire ici) « Six des fusées [de Rocket Lab] ont été lancées avec succès jusqu'à présent, chacune étant équipée de neuf moteurs Rutherford qui sont principalement fabriqués à l'aide de l'impression 3D métallique, tout comme un certain nombre d'autres éléments à bord. »
Existe-t-il une place pour d'autres méthodes ?
Même si de nouvelles entreprises spatiales développent rapidement des technologies 3D, il semble que d'autres méthodes utilisées depuis longtemps aient encore leur place dans l'industrie.
Un exemple de technologie utilisée depuis de nombreuses années mais toujours pertinente aujourd'hui est moulage par injection plastique.
La preuve que ces méthodes ont encore un avenir réside dans une offre d'emploi récente de SpaceX indiquant que l'entreprise recrute des ingénieurs et des techniciens maîtrisant les technologies concernées.
L'annonce Etats que ces ingénieurs et techniciens « travailleront en étroite collaboration avec nos équipes d'ingénierie dans les premières phases de développement du procédé de moulage sous pression et de mise en service des équipements, et piloteront le développement de moulage sous pression en aluminium au sein de l'entreprise.
Au vu des efforts et des investissements réalisés par les nouvelles entreprises spatiales, il est clair que l'impression 3D jouera un rôle important dans l'avenir. Pour des organisations comme NASAL'impression 3D peut résoudre le problème de l'envoi de pièces de rechange à la Station spatiale internationale en permettant d'en fabriquer certaines directement à bord de l'ISS grâce à l'impression 3D.
