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La nouvelle imprimante 3D en microgravité de l’ESA pourrait révolutionner la fabrication spatiale

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  • Post published:15 mars 2022
  • Post category:Actualité

Le prototype au sol d’une nouvelle imprimante 3D en microgravité est désormais terminé et attend d’être déployé sur la Station spatiale internationale (ISS) pour y être testé. Capable d’imprimer en 3D des pièces beaucoup plus grandes qu’elle, la nouvelle machine, baptisée IMPERIAL, permet de surmonter l’une des principales contraintes des imprimantes 3D actuelles hors de la Terre, à savoir le volume de construction limité.

Jusqu’à présent, nous avons été émerveillés par une poignée de systèmes de fabrication additive (AM) qui ont réussi à construire des composants en orbite, comme l’Additive Manufacturing Facility (AMF) de Made In Space (qui fait désormais partie de Redwire), devenue opérationnelle dans l’espace en 2016, ou l’imprimante 3D Tethers Unlimited Refabricator à bord de l’ISS. Aujourd’hui, l’Agence spatiale européenne (ESA) a annoncé que le modèle très attendu de son imprimante 3D IMPERIAL est finalisé. Une fois à l’ISS, les pièces imprimées en 3D pourraient démontrer le potentiel de fabrication extraterrestre, permettant de nouvelles stratégies de maintenance et de maintien en vie pour les vols spatiaux habités.

Construite pour fonctionner en apesanteur – ce qui signifie qu’elle peut travailler à l’envers sur Terre – l’imprimante est capable de créer des pièces en polymère haute performance de dimensions illimitées dans une seule direction et ayant des propriétés mécaniques et thermiques comme le PEEK. De plus, selon les caractéristiques techniques de la machine, elle peut développer des pièces de grande taille avec un minimum de déchets, prêtes à être utilisées directement après leur sortie de l’imprimante 3D, car le post-traitement impliquerait la présence d’installations dédiées supplémentaires.

Le projet a été entrepris pour l’ESA par un consortium dirigé par la société allemande de technologie spatiale OHB SE, avec la société d’ingénierie spatiale Azimut Space basée à Berlin, l’Athlone Institute of Technology en Irlande et le fabricant portugais d’imprimantes 3D BEEVERYCREATIVE. Maintenant que le prototype au sol est terminé, la prochaine étape consistera à le tester en orbite à bord de l’ISS.

Antonella Sgambati, responsable du projet OHB SE, a commenté ce développement en ces termes : “Il a déjà été démontré que la fabrication de filaments fondus avec des polymères haute performance n’est pas affectée par un environnement à gravité réduite, ce qui ouvre la voie à de nouveaux défis tels que la possibilité d’imprimer un nombre illimité de pièces dans une seule direction ou encore d’exploiter la production par lots. Dans le cadre du projet, de nouvelles lacunes technologiques ont été identifiées et comblées par des essais de développement et de prototypage chez BEEVERYCREATIVE, ce qui a conduit à cette réalisation unique, rapprochant un peu plus la fabrication hors de la Terre.”

ESA engineer 3D prints a pillar that is longer than the 3D printer's size.

Un ingénieur de l’ESA imprime en 3D un pilier dont la longueur est supérieure à la taille de l’imprimante 3D. Image reproduite avec l’aimable autorisation de l’ESA.

L’une des plus grandes réussites de l’équipe à l’origine de l’IMPERIAL est qu’elle peut imprimer dans des conditions de microgravité avec une qualité comparable à l’impression dans des circonstances nominales. De plus, les développeurs ont conçu l’imprimante 3D pour qu’elle s’adapte aux configurations de chargement disponibles et aux charges correspondantes. Compte tenu des exigences de l’ISS en matière d’environnement, d’interface, d’exploitation et de sécurité, la technologie a été sélectionnée en fonction des ressources disponibles à bord de l’ISS. Et comme la station est occupée en permanence par un équipage d’au moins sept personnes, IMPERIAL a déclaré que la machine garantit leur santé et leur sécurité générales.

Ce n’est pas la première fois que l’ESA et ce même consortium international travaillent ensemble. En 2018 déjà, l’équipe avait présenté le projet MELT, abréviation de Manufacturing of Experimental Layer Technology, un prototype d’imprimante 3D entièrement fonctionnel capable de fonctionner dans les conditions de microgravité de l’ISS et d’imprimer en 3D avec des polymères techniques aux propriétés mécaniques et thermiques haut de gamme. Le projet MELT a été livré avec succès à l’ISS en 2018 en tant que prototype d’imprimante 3D entièrement fonctionnel en microgravité.

ESA's MELT project printer for off-Earth 3D printing.

L’imprimante du projet MELT de l’ESA pour l’impression 3D hors de la Terre. Image reproduite avec l’aimable autorisation de l’ESA.

Tout comme son prédécesseur, le projet IMPERIAL a permis à l’équipe de travailler une fois de plus pour fournir aux équipages de l’espace un modèle d’imprimante 3D entièrement fonctionnel qui utilise des thermoplastiques d’ingénierie, mais cette fois, elle a l’avantage supplémentaire d’alléger les contraintes de volume de construction. La structure des deux imprimantes 3D est similaire, mais IMPERIAL va plus loin en libérant la pièce imprimée en 3D au fur et à mesure de son impression, et cet avantage fera une énorme différence pour les futurs explorateurs de l’espace qui auront besoin de machines pour produire des pièces de rechange ou des outils qui pourraient dépasser la taille de l’imprimante.

Une fois opérationnel, IMPERIAL pourrait contribuer à accroître l’autonomie et la durabilité des futures missions spatiales de longue durée. Ou, comme l’a souligné Mario Angelo, directeur de la technologie de BEEVERYCREATIVE, “ce nouveau projet est une validation de notre capacité à développer des technologies dans un domaine [l’aérospatiale] qui aura certainement un grand impact sur nos vies futures.”

IMPERIAL 3D printer churns out parts.

L’imprimante 3D IMPERIAL produit des pièces. Image reproduite avec l’aimable autorisation de BEEVERYCREATIVE.

Même si la plateforme parcourra 248 miles pour être testée à bord de la station, la technologie elle-même et les connaissances acquises dans le cadre du projet IMPERIAL pourraient être mises à profit pour développer de nouvelles imprimantes 3D orientées vers l’industrie pour les besoins du développement de produits ici même sur Terre. En fait, il est assez courant de faciliter la commercialisation de la technologie spatiale sur des marchés non spatiaux. La NASA, par exemple, a transformé de nombreuses idées spatiales en produits terrestres. Au fur et à mesure que des technologies spatiales prometteuses continueront à émerger, les produits avancés se répandront dans de nombreuses autres industries non liées à l’espace qui bénéficieront de réductions de temps et de coûts dans les processus de fabrication.

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