La fabrication de pièces de turbines à l’aide de la technologie de fabrication additive (AM) a permis d’accélérer le développement de produits, en créant des géométries de pièces très complexes et compliquées sans qu’aucun outil ne soit nécessaire. Les entreprises aérospatiales intègrent la fabrication additive dans leurs stratégies de production depuis plusieurs années, en s’appuyant sur la fabrication additive en métal pour des raisons de rentabilité et de facilité de fabrication. Allant plus loin dans le développement des pièces de turbine, Redwire, une nouvelle société impliquée dans les solutions spatiales critiques, a annoncé qu’elle avait fabriqué pour la première fois dans l’espace un disque de turbine en céramique d’une seule pièce.
Ce disque de turbine à aubes a été créé avec succès en utilisant la première imprimante stéréolithographique (SLA) fonctionnant en orbite : le module de fabrication de céramique (CMM), qui a été développé par Made In Space, filiale de Redwire. Deux mois seulement après son lancement dans l’espace à bord de la 14e mission commerciale de réapprovisionnement de Northrop Grumman (NG-14) le 2 octobre 2020, l’installation de fabrication en orbite développée commercialement a fonctionné avec succès en toute autonomie en utilisant la technologie SLA et des résines précéramiques pour fabriquer le disque de turbine en céramique d’une seule pièce, ainsi qu’une série de coupons de test de matériaux, idéal pour déterminer les propriétés de la céramique.
Le module de fabrication de céramiques (CMM) de Made In Space. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Made In Space
Selon M. Redwire, la fabrication réussie de ces échantillons d’essai dans l’espace est une étape importante pour démontrer la preuve du potentiel du CMM à produire des pièces en céramique qui dépassent la qualité des composants de turbine fabriqués sur Terre. Le blisk en céramique et les coupons de test seront rangés et renvoyés sur Terre pour analyse à bord du vaisseau spatial Dragon de SpaceX une fois que la 21e mission de services de réapprovisionnement commercial (CRS-21) de la société à la Station spatiale internationale (ISS) sera terminée, avec une date de retour sur Terre estimée au 5 janvier 2021.
“Il s’agit d’une étape importante pour la fabrication de produits spatiaux, et cela montre le potentiel de nouveaux marchés qui pourraient stimuler l’activité commerciale en orbite terrestre basse”, a déclaré Tom Campbell, président de Made In Space. “En s’appuyant sur notre expertise en matière de fabrication dans l’espace et sur notre partenariat avec la NASA, Redwire développe des procédés de fabrication avancés en orbite qui pourraient susciter une demande durable de la part des marchés terrestres et créer des capacités qui permettront à l’humanité de vivre et de travailler durablement dans l’espace”.
Développée en partenariat avec le Bureau d’intégration de la recherche de l’ISS au Centre spatial Johnson de la National Aeronautics and Space Administration (NASA), à Houston, l’installation de céramique est l’une des trois charges utiles pilotes de l’ISS développées dans le cadre de ce partenariat qui vise à catalyser et à mettre à l’échelle la demande de capacités commerciales en orbite terrestre basse (LEO) en produisant des produits de grande valeur pour une utilisation terrestre. Made In Space a d’abord fait la démonstration de la technologie d’impression SLA que l’on trouve à l’intérieur du CMM par le biais d’une série de vols paraboliques financés par le programme Flight Opportunities de la NASA en 2016.
L’équipe du module de fabrication de céramique. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Made In Space
Pour les applications à haute performance telles que les turbines, les centrales nucléaires ou les moteurs à combustion interne, même de petites améliorations de la résistance peuvent donner des années, voire des décennies, de durée de vie supérieure. Selon les experts, l’allègement des composants et des systèmes aérospatiaux est un moyen efficace de réduire la consommation d’énergie et d’améliorer les performances. En fait, l’utilisation de technologies de fabrication additive, capables de produire des composants composites ou multi-matériaux, est un facteur d’allègement, car les caractéristiques formellement associées à une fonction principale peuvent être conçues pour remplir plusieurs fonctionnalités.
Mais Redwire n’utilise pas seulement la technologie additive pour fabriquer des pièces complexes, elle la déplace à 400 kilomètres de la Terre, en orbite terrestre basse, pour démontrer que la fabrication de céramique en microgravité pourrait permettre de fabriquer des pièces en céramique renforcée résistantes à la température, avec de meilleures performances, notamment une plus grande résistance et une contrainte résiduelle plus faible.
L’ingénieur de vol Kate Rubins de la NASA avec le module de fabrication de céramique installé et prêt à fonctionner sur la Station spatiale internationale (ISS) le 28 octobre 2020. Image reproduite avec l’aimable autorisation de la NASA/Redwire
Michael Snyder, directeur technique de Redwire et co-fondateur de Made In Space, a décrit le succès des opérations en orbite du module de fabrication de céramique comme une étape importante vers la fabrication à grande échelle de produits matériels qui peuvent améliorer les machines industrielles utilisées ici même sur Terre. L’expert, qui a également été l’ingénieur en chef de Made In Space pendant 10 ans, a ensuite expliqué que les capacités de fabrication spatiales démontrées par le CMM ont le potentiel de stimuler la demande en LEO des marchés terrestres, ce qui sera un moteur essentiel de l’industrialisation de l’espace.
Cette dernière mission CMM réussie s’appuie sur l’héritage de vol de Redwire avec quatre autres installations de fabrication d’additifs développées par l’équipe Made In Space qui ont volé et fonctionné avec succès sur la station spatiale. En 2014, la start-up de la Silicon Valley est devenue la première entreprise à imprimer en 3D un objet en apesanteur. Quelques mois plus tard, elle a lancé deux imprimantes 3D vers l’ISS, dont l’une, l’Additive Manufacturing Facility (AMF), est disponible pour un usage commercial. Elle a ensuite lancé la machine miniature de tirage de fibres optiques (MIS Fiber) pour la production de fibres optiques, et un recycleur de plastique pour transformer les déchets de plastique en filaments de matière première pour l’AMF. La CMM en fabrique cinq et bientôt, la technologie d’assemblage de Made In Space pour la réparation des satellites existants en orbite devrait être lancée en 2022. Avec Archinaut, Redwire et la NASA s’attendent à un changement complet de la donne avec des capacités futuristes qui pourraient accélérer l’économie spatiale.
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