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La NASA souligne la commercialisation de l’impression 3D dans l’espace

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  • Post published:28 janvier 2022
  • Post category:Actualité

Au cours des quatre dernières décennies, la NASA a produit plus de 2 000 technologies innovantes qui sont devenues des produits commerciaux pour la vie sur Terre. Il s’agit notamment de retombées notables comme la mousse à mémoire de forme, le lait maternisé et même le dépoussiéreur. Nombre de ces développements ont également contribué à transformer l’industrie de l’impression 3D grâce à des technologies dérivées des centres de la NASA, comme une imprimante 3D capable de produire des appareils électroniques à la demande (eForge d’Electronic Alchemy) ou un matériau PEKK testé par la NASA pour fabriquer des pièces d’avion, désormais vendu par Hexcel. Cette année, la publication Spinoff 2022 de l’agence met en lumière une technologie d’impression 3D mûre pour une application commerciale et disponible sous licence. Elle raconte également l’histoire de trois innovations transformées en produits et services de pointe pour fabriquer de meilleures pièces plus rapidement, tout en améliorant les performances d’industries entières et de missions spatiales critiques.

Dans le cadre du programme de transfert de technologie de l’agence au sein de la direction des missions de technologie spatiale (STMD), le programme Spinoff est chargé de trouver les applications les plus larges possibles pour la technologie de la NASA par le biais de partenariats et d’accords de licence avec l’industrie, en veillant à ce que les investissements dans les missions et la recherche trouvent des applications supplémentaires qui profitent aux États-Unis et au monde entier.

Commentant la dernière publication de Spinoff, l’administrateur associé de la STMD de l’agence, Jim Reuter, a déclaré : “Le portefeuille technologique de la NASA contient de nombreuses innovations qui non seulement permettent l’exploration, mais aussi relèvent des défis et améliorent la vie ici, chez nous. Nous avons capturé ces exemples de commercialisation réussie de la technologie et de la recherche de la NASA, non seulement pour partager les avantages du programme spatial avec le public, mais aussi pour inspirer la prochaine génération d’entrepreneurs.”

Cover of NASA Spinoff 2022 publication.

Publication NASA Spinoff 2022. Image reproduite avec l’aimable autorisation de NASA Spinoff.

Dans le cadre de la section “Spinoffs of Tomorrow”, la publication met en lumière une technologie d’impression 3D de la NASA prête à être commercialisée et à révolutionner un large éventail d’industries. Il s’agit d’un système AM permettant de produire des pièces composites capables de résister à des températures supérieures à 570 degrés Fahrenheit, développé par des scientifiques du Glenn Research Center de la NASA à Cleveland, en collaboration avec l’université de Louisville et l’armée de l’air américaine.

Le procédé utilise le frittage sélectif par laser (SLS) pour traiter par fusion une version en poudre de la nouvelle résine imide RTM370 de la NASA, remplie de fibres de carbone finement broyées. Cette invention permettra aux entreprises aérospatiales de produire des géométries complexes pour les composants de moteurs confrontés à des températures élevées. Elle a également une multitude d’autres applications potentielles, notamment l’impression de pièces anciennes pour les avions militaires et la production de composants pour les voitures électriques à haute performance.

Selective laser melting at NASA.

Fusion sélective au laser à la NASA. Image reproduite avec l’aimable autorisation de la NASA.

En outre, cette année, dans Spinoff, les lecteurs pourront découvrir les technologies de fabrication additive (FA) suivantes, déjà commercialisées :

Imprimante électronique 3D à jet de plasma

Avec l’aide d’un financement de la NASA et de technologies sous licence, la startup californienne Space Foundry a conçu un procédé d’impression 3D à base de plasma pour l’électronique, qui utilise une approche en une seule étape et ne nécessite pas de cuisson ou de traitement aux ultraviolets, comme c’est le cas pour d’autres méthodes. Selon Ian Small, ingénieur électricien au Marshall Space Flight Center (MSFC) de la NASA à Huntsville, en Alabama, “l’élimination de l’étape de polymérisation, surtout dans l’espace, est énorme sur le plan logistique car il faut tout planifier en fonction du temps de disponibilité des astronautes.” Le séchage post-impression peut également constituer un défi sur Terre, où, en plus de l’infrastructure supplémentaire nécessaire au séchage, certains matériaux imprimés s’oxydent rapidement dans l’atmosphère.

Space Foundry a mis au point le matériel, le logiciel et le processus permettant d’imprimer des matériaux électroniques, comme le cuivre, sans cuisson. Le cofondateur de Space Foundry, Ram Prasad Gandhiraman, a dirigé l’équipe qui a initialement mis au point la technologie plasma au centre de recherche Ames de la NASA en Californie, où il était contractuel dans le laboratoire de traitement du plasma, travaillant sur le recyclage de l’électronique usagée dans l’espace. Depuis lors, la société a obtenu une licence pour un brevet d’impression par jet de plasma auprès d’Ames et trois autres auprès de l’Universities Space Research Association.

Sur le plan commercial terrestre, bien que les clients actuels de l’entreprise utilisent principalement l’imprimante pour la recherche, Space Foundry est en pourparlers avec plusieurs entreprises de l’aérospatiale et de la défense désireuses d’utiliser le procédé pour la fabrication de divers composants électroniques, comme l’impression de composants électroniques sur les panneaux et les ailes des avions. Toutefois, le procédé d’impression au plasma peut également imprimer des antennes pour les capteurs portables, les communications mobiles et les automobiles.

Space Foundry team testing the company’s plasma 3D printing technology on a NASA parabolic flight.

L’équipe de Space Foundry testant la technologie d’impression 3D au plasma de l’entreprise lors d’un vol parabolique financé par la NASA. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Space Foundry

Finition de surface pour les superalliages imprimés en 3D

La construction de pièces de fusée par impression 3D est moins coûteuse que les méthodes de fabrication traditionnelles et peut faciliter l’obtention de formes complexes sans joints. Pourtant, cette technique laisse des surfaces rugueuses qui peuvent provoquer des turbulences dans les flux de fluides, de la corrosion et une usure accélérée si elles ne sont pas parfaitement polies. Pour surmonter ces difficultés, Paul Gradl, ingénieur principal en propulsion au MSFC, a contacté l’expert en surfaces de finition des métaux REM Surface Engineering dans le cadre de deux contrats Small Business Innovation Research (SBIR) en 2018 et 2019, afin de développer la capacité de finir en surface des pièces imprimées à partir des populaires superalliages à base de nickel Inconel 625 et 718. Cette capacité à finir les surfaces des superalliages imprimés en 3D améliore les performances des moteurs de fusée et d’un large éventail d’applications industrielles.

M. Gradl a déclaré que le fait de commencer par l’Inconel répondrait aux besoins immédiats de la NASA et offrirait un marché commercial. Les travaux de REM sur les superalliages ont suscité l’intérêt de sociétés spatiales commerciales, de l’industrie de la course automobile et de producteurs de turbomachines telles que les turbines à gaz et les moteurs à réaction, avec d’autres marchés possibles tels que les guides d’ondes radiofréquence et même un potentiel réacteur de fusion nucléaire.

Justin Michaud, PDG de REM, a déclaré que ces travaux aident également la NASA à quantifier les performances de divers matériaux, composants et techniques d’impression 3D, ce qui aidera d’autres entreprises à se lancer dans ce secteur.

Hot fire test of nozzle 3D printed from NASA-developed superalloy metal.

Test de feu à chaud d’une buse imprimée à partir d’un superalliage métallique développé par la NASA : la surface de la buse a été polie par REM Surface Engineering. Image reproduite avec l’aimable autorisation de la NASA

Fabrication additive par ultrasons

Une technique d’AM qui combine des métaux et embarque des capteurs est utilisée avec succès pour fabriquer des pièces pour des industries allant de l’aéronautique au forage pétrolier. En 2019, Fabrisonic, fabricant d’imprimantes 3D métalliques basé à Columbus, dans l’Ohio, a lancé une petite imprimante à ultrasons tirant parti d’une technologie développée par la NASA il y a dix ans. Baptisée SonicLayer 1200, la machine est dotée de la fabrication additive par ultrasons (UAM), un procédé qui combine un processus de dépôt de métal à température ambiante et un fraisage traditionnel par commande numérique par ordinateur.

Bien que l’UAM soit utilisée depuis des années sur des marchés à fort impact comme l’aérospatiale et la défense, les coûts associés aux systèmes à grande échelle de Fabrisonic ont constitué une barrière à l’entrée pour de nombreuses start-ups et universités. La SonicLayer 1200 utilise le même procédé hybride additif et soustractif, mais l’encombrement réduit de cette machine UAM a permis à Fabrisonic de réduire considérablement son prix.

Grâce à un financement SBIR du MSFC, Fabrisonic a exploré les métaux avancés et le soudage par ultrasons pour la fabrication dans l’espace. Finalement, les recherches menées avec la NASA pour développer une imprimante 3D métallique à petite échelle pour la station spatiale ont abouti à la commercialisation de la SonicLayer 1200. En outre, les ingénieurs de la NASA ont aidé l’entreprise à créer le composant clé d’une petite imprimante à ultrasons : la tête de soudage qui transfère les vibrations sur le ruban métallique de l’appareil. Les ventes commerciales de l’imprimante SonicLayer 1200 qui en résulte ont généré un million de dollars de revenus, un client ayant produit plus de 70 000 pièces.

Fabrisonic's new SonicLayer 1200 printer.

La nouvelle imprimante SonicLayer 1200 de Fabrisonic. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Fabrisonic.

La mission d’exploration de la NASA nécessite de nouvelles technologies, des logiciels et des recherches qui se retrouvent dans la vie quotidienne. Ces technologies et toutes les autres technologies de la NASA qui sont commercialisées donnent à des industries entières un avantage concurrentiel, prouvant que l’agence est bien plus que des lancements de fusées et des aventures spatiales, mais aussi un vaisseau pour des innovations révolutionnaires sur terre qui transforment la vie des gens.

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