Les avantages de l’impression 3D sont bien documentés. Cette technologie permet de fabriquer les produits là où ils sont nécessaires. Elle contribue à résoudre les problèmes d’efficacité et à fluidifier les chaînes d’approvisionnement, ce qui peut réduire considérablement les ressources et le temps nécessaires à la fabrication.
Depuis près d’une décennie, les entreprises de fusées utilisent l’impression 3D, également appelée fabrication additive. SpaceX a ouvert la voie en développant en 2013 une pièce imprimée en 3D pour le moteur-fusée SuperDraco.
Cet article retrace l’utilisation de l’impression 3D par les nouvelles entreprises du secteur spatial. Nous examinerons également, vers la fin, une autre technique de fabrication avancée employée par ces entreprises : le moulage sous pression à haute pression.
Définition de l’impression 3D
Commençons par rappeler le principe de l’impression 3D. Pour en trouver une définition, il est difficile de faire mieux que de se référer à Autodesk, spécialiste de cette technologie.
Autodesk définit l’impression 3D comme « un procédé qui crée des objets physiques en déposant des matériaux par couches à partir d’un modèle numérique ». La même source ajoute que « l’impression 3D permet de fabriquer aussi bien des prototypes et des pièces simples que des produits finis très techniques, tels que des pièces d’avion…, des bâtiments écologiques, des implants médicaux qui sauvent des vies ou même des organes artificiels réalisés à partir de couches de cellules humaines ».
Autodesk recense trois méthodes principales de fabrication d’objets en 3D :
Dépôt de filament fondu (FFF) : principalement utilisée pour fabriquer des produits de consommation, cette méthode chauffe et extrude le plastique couche par couche pour former le produit souhaité. Elle est également appelée modélisation par dépôt de matière fondue (FDM).
Stéréolithographie (SLA) : la lumière UV durcit ou polymérise les résines, couche après couche.
Frittage sélectif par laser (SLS) : des lasers fusionnent des matériaux en poudre, couche par couche.
Pourquoi les fabricants du secteur spatial se tournent vers l’impression 3D
AMFG, fournisseur de logiciels de fabrication additive, apporte un éclairage sur l’impact de la fabrication 3D dans le domaine spatial. L’entreprise note que « les constructeurs de vaisseaux spatiaux doivent accélérer le développement et la production de fusées tout en réduisant les coûts et en améliorant l’efficacité ».
AMFG indique que la fabrication traditionnelle des fusées comprend plusieurs cycles de prototypage et phases de production, ce qui rend le processus coûteux et long. Selon la même source, la fabrication 3D peut ramener le délai de fabrication des pièces d’une durée traditionnelle de 14 semaines à seulement quelques semaines, générant d’importantes économies de temps et d’argent.
La fabrication 3D garantit également la précision des pièces, un objectif difficile à atteindre avec les méthodes de fabrication traditionnelles.
La première pièce imprimée en 3D dans l’espace
Elon Musk a fondé SpaceX en 2002. Il voulait réduire le coût des voyages spatiaux afin que les humains puissent, à terme, coloniser Mars. Selon SpaceX, cet objectif devait être atteint grâce à des « lanceurs entièrement réutilisables, les plus puissants jamais construits, capables de transporter des humains vers Mars et d’autres destinations du système solaire ».
Le 5 septembre 2013, Musk a annoncé dans un tweet : « La chambre de combustion Inconel du moteur-fusée SuperDraco de SpaceX, avec sa chemise de refroidissement régénératif, sort d’une imprimante métal 3D EOS. »
Space.com, source d’actualités sur l’exploration spatiale, l’innovation et l’astronomie, rapporte que « SpaceX a envoyé sa première pièce imprimée en 3D dans l’espace au début de cette année [2014] ». La même source précise que « la pièce, une vanne principale d’oxydation pour moteur-fusée, a volé à bord de la fusée Falcon 9 de SpaceX lancée le 6 janvier avec le satellite de télécommunications commercial Thaicom 6 ».
La vanne a fonctionné comme prévu dans des conditions extrêmes, notamment à des températures très basses, démontrant ainsi la viabilité de l’impression 3D pour la fabrication de pièces de fusée.
SpaceX utilise également l’impression 3D pour fabriquer d’autres accessoires, comme des casques. Selon 3Dnatives.com, « chaque casque comporte une visière, des valves, des verrous et des microphones ».
Blue Origin investit massivement dans l’impression 3D
Blue Origin est un constructeur aérospatial fondé par Jeff Bezos, créateur d’Amazon. L’entreprise a été lancée en 2000 à Kent, dans l’État de Washington. « Nous nous engageons à ouvrir la voie vers l’espace afin que nos enfants puissent construire l’avenir », indique la déclaration de mission de l’entreprise.
Blue Origin déclare également concrétiser cette mission en développant des « lanceurs partiellement et entièrement réutilisables, sûrs, peu coûteux et répondant aux besoins de tous les clients civils, commerciaux et de la défense ».
L’impression 3D joue un rôle important pour faire des solutions spatiales sûres et économiques de Blue Origin la norme. 3DPrintingIndustry.com cite le président de Blue Origin, Rob Meyerson, qui indique que son entreprise « a réalisé un investissement important dans l’impression 3D ». Il ajoute : « Nous sommes pleinement engagés dans l’adoption de nouvelles technologies et dans l’exploitation de toutes leurs possibilités. »
3DPrintingIndustry.com rapporte également que, lors d’une présentation, Meyerson a illustré les gains de temps et de coûts que l’impression 3D apporte par rapport aux méthodes traditionnelles de moulage. Il a présenté une pièce dont la fabrication par impression 3D avait pris trois mois. Les méthodes traditionnelles de moulage auraient nécessité plus de 12 mois.
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 déposer la première femme et le prochain homme sur la surface de la Lune d’ici 2024 ».
L’élément remarquable est que le moteur BE-7 qui propulse le système d’atterrissage lunaire a été fabriqué grâce à la technologie 3D. Bezos le confirme lorsqu’il déclare : « Le BE-7 est un moteur d’atterrissage lunaire à hydrogène liquide et oxygène liquide, fabriqué par procédé additif et à hautes performances. Il développe une poussée de 10,000 lbf, avec une forte réduction de poussée jusqu’à 2,000 lbf pour permettre un atterrissage précis sur la Lune. »
Ce n’est pas tout. Dans une vidéo Instagram, Bezos a annoncé : « Voici le moteur qui emmènera la première femme à la surface de la Lune. » Selon le Washington Post, il s’agissait de Wally Funk, qui avait manqué sa chance d’aller dans l’espace en 1961 parce que « la NASA ne disposait d’aucun programme pour les astronautes femmes ».
Wally Funk n’a peut-être pas posé le pied sur la Lune, mais elle a finalement pu voyager dans l’espace le 20 juillet 2021, à l’âge de 82 ans. Elle était l’une des trois passagères qui ont voyagé avec Bezos lors de ce que Blue Origin a appelé son « premier vol habité ».
Lancement en orbite d’une fusée entièrement imprimée en 3D
Relativity Space est une entreprise spatiale fondée en 2015. Elle s’est fixé pour objectif d’être « la première entreprise spatiale à réussir le lancement en orbite d’une fusée entièrement imprimée en 3D ».
Mais que signifie concrètement « fusée entièrement imprimée en 3D » ? Denrie Perez, rédacteur pour Engineering.com, a la réponse : « Des moteurs au fuselage, Relativity automatise presque l’ensemble du processus de fabrication. »
Perez ajoute que l’impression 3D permet à Relativity de modifier rapidement ses conceptions. Elle souligne que, pour rivaliser avec SpaceX, l’entreprise mise sur la personnalisation. « L’impression 3D lui permettrait de modifier à plusieurs reprises ses capsules pour les adapter à n’importe quel type de satellite », écrit-elle.
Forbes.com cite le PDG de Relativity, Tim Ellis, qui déclare : « Grâce à l’impression 3D, nous pouvons fabriquer des fusées plus rapidement dans une usine plus petite et plus légère, avec moins d’étapes de production. »
Le 8 juin 2021, Alex Knapp, de Forbes.com, a rapporté que Relativity avait levé 650 millions de dollars lors d’un tour de financement de série E. Selon lui, les « fonds serviront à accélérer le développement de la fusée Terran R de l’entreprise, qui sera entièrement imprimée en 3D et pourra transporter des charges plus lourdes que la Falcon 9 d’Elon Musk ».
D’autres entreprises spatiales utilisent l’impression 3D
Compte tenu des avantages de l’impression 3D dans le secteur spatial, il n’est pas étonnant que toutes les entreprises sérieuses du domaine cherchent à fabriquer certaines pièces grâce à cette technologie.
Michael Petch, rédacteur pour 3DPrintingIndustry.com, rapporte que George Whitesides, président-directeur général de Virgin Galactic, lui avait indiqué lors d’un entretien que l’objectif de l’entreprise était de « réduire le délai de production de nos moteurs, qui se compte aujourd’hui en mois, à quelques semaines à terme ». Selon Petch, l’impression 3D jouera un rôle majeur dans la réalisation de cet objectif.
Rocket Lab est une entreprise spatiale que le MIT Technology Review décrit comme « la petite entreprise à l’origine de la révolution spatiale de l’impression 3D ». Peter Beck l’a fondée en 2006.
Le MIT Technology Review rapporte que « six fusées [de Rocket Lab] ont été lancées avec succès jusqu’à présent, chacune équipée de neuf moteurs Rutherford fabriqués principalement par impression 3D métallique, comme plusieurs autres éléments embarqués ».
Y a-t-il encore une place pour d’autres méthodes ?
Même si les nouvelles entreprises spatiales adoptent les technologies 3D, des méthodes utilisées depuis longtemps semblent toujours avoir leur place dans le secteur.
Le moulage par injection plastique en est un exemple : cette technologie est employée depuis de nombreuses années et reste pertinente aujourd’hui.
Une récente offre d’emploi de SpaceX montre que ces méthodes ont encore de l’avenir : l’entreprise recrute des ingénieurs et des techniciens maîtrisant les technologies concernées.
L’annonce précise que ces ingénieurs et techniciens « travailleront en étroite collaboration avec nos équipes d’ingénierie au début du développement des procédés de moulage sous pression à haute pression et de la mise en service des équipements, et piloteront le développement du moulage sous pression de l’aluminium au sein de l’entreprise ».
Les efforts et les investissements des nouvelles entreprises spatiales montrent clairement que l’impression 3D jouera un rôle important à l’avenir. Pour des organisations comme la NASA, elle peut résoudre le problème de l’acheminement des pièces de rechange vers la Station spatiale internationale en permettant d’en fabriquer certaines directement à bord grâce à l’impression 3D.
