Quand on pense à l’exploration spatiale, l’impression 3D est rarement la première chose qui nous vient à l’esprit. Cependant, l’impression 3D, ou fabrication additive, est un outil qui aide à faire de l’exploration spatiale une réalité. Le processus crée une partie physique à partir d’un modèle numérique 3D ou d’un fichier « impression ». Ensuite il utilise des machines spécialisées ou des « imprimantes » pour déposer de fines couches de matériau. Lorsque les couches sont déposées, l’objet est répliqué en 3 dimensions. Le processus joue désormais un rôle majeur dans la révolution spatiale en réduisant le poids, en renforçant les matériaux et en simplifiant la conception dans l’industrie aérospatiale.
Les principaux acteurs de l’industrie spatiale tels que SpaceX, Blue Origin et Relativity utilisent désormais régulièrement ces procédés dans la création de leurs lanceurs. Cela signale une nouvelle ère de possibilités dans la fabrication spatiale. Cela pourrait à terme nous aider à concevoir des engins spatiaux plus élaborés et à voyager plus loin dans l’espace.
Le rôle de l’impression 3D pour l’aérospatiale
L’industrie aérospatiale d’aujourd’hui comprend une gamme d’acteurs industriels, commerciaux et militaires, tous composés de spécialistes qui fabriquent, exploitent et entretiennent des engins spatiaux. L’utilisation de l’impression 3D dans l’industrie aérospatiale, pour créer des pièces de fusées par exemple, permet d’économiser rapidement du temps, de l’argent et de l’espace. Le secteur aérien a aussi été la première à utiliser l’impression 3D. Elle est devenue le moteur de l’évolution de la technologie de fabrication de pièces et de prototypage. Aujourd’hui, les compagnies aériennes et les entreprises aérospatiales dépendent toujours de l’impression 3D.
La minimisation du poids, en particulier, est la solution incontournable permettant aux fabricants aérospatiaux d’économiser de l’argent. Le poids affecte la vitesse, la consommation de carburant, la charge utile, les émissions et même la sécurité du vaisseau spatial.
Les imprimantes 3D FDM (Fused Deposition Modeling) peuvent fabriquer des pièces en les créant couche par couche. Les géométries et conceptions complexes sont fabriquées plus efficacement avec moins de pièces ou de matériaux globaux. Le tout se traduit par un poids moindre, non négligeable pour les appareils. En ajoutant le matériau, au lieu de le retirer, le processus contribue également à réduire les déchets. Les panneaux muraux, les conduits d’air et les armatures de siège ont bénéficié de l’évolution de ce processus de conception.
Impression 3D pour les vols commerciaux et industriels
De nombreux leaders de l’industrie utilisent efficacement l’impression 3D dans leur processus de fabrication. Apex rapporte qu’Airbus contient désormais plus de 1000 pièces imprimées en 3D – un record – sur son A350 XWB. Leur partenariat avec Stratasys leur a permis d’utiliser rapidement des matériaux hautes performances comme l’ULTEM 9085. Le thermoplastique de production est conforme aux réglementations sur la fumée de flamme et la toxicité, et offre un excellent rapport résistance/poids certifié par les directives d’Airbus.
La NASE et SpaceX, premiers investisseurs de l’impression 3D
Dans le secteur spatial, la NASA et SpaceX sont deux organisations de premier plan qui utilisent des techniques d’impression 3D. La NASA a utilisé Stratasys pour développer et tester son rover spatial, qui fait la taille d’un Hummer et doté d’une cabine pressurisée pour supporter la vie sur Mars. Il contient plus de 70 pièces imprimées en 3D FDM. Notamment des supports de caméra, des portes, des évents ignifuges, des boîtiers et d’autres fonctionnalités personnalisées.
La NASA estime qu’il en coûte 20 000 dollars pour envoyer un kilo de matériel dans l’espace. Il n’est donc pas surprenant qu’ils aient commencé à utiliser l’impression 3D.
Depuis plusieurs années, SpaceX utilise également l’impression 3D pour bon nombre de ses projets. Ils évaluent en permanence les avantages de l’impression 3D dans l’industrie aérospatiale et perfectionnent ses techniques de création de matériel. Ils se sont même associés à d’autres entreprises pour créer des pièces. Récemment, la société a utilisé l’impression 3D pour aider à construire son lancement Crew Dragon, qui a atterri à la Station spatiale internationale fin mai 2020. Pour concevoir les moteurs SuperDraco, SpaceX a utilisé l’impression 3D pour réduire les coûts, les déchets et fournir une production plus flexible. La chambre de combustion du moteur-fusée a été entièrement fabriquée sur une imprimante matériel 3D EOS. Le matériau en superalliage Inconel permet une super résistance, une résistance à la fracture, une durabilité et une variabilité moindre.
Des avancées scientifiques majeures
Les professionnels de l’espace utilisent également l’imprimante 3D Stratasys pour résoudre des défis uniques sur la Station spatiale internationale. Par exemple, le Centre de Sciences Biophysique et d’Ingénierie de l’Université de l’Alabama installe des congélateurs à basse température pour faciliter le transport et le traitement des expériences vers l’ISS avec la NASA. Lorsque le Centre a besoin d’un moyen de construire de nouveaux objets tels que des revêtements intérieurs pour son congélateur qui répondent aux exigences d’espace et de poids, il utilise l’impression 3D et des matériaux de qualité.
L’avenir de l’impression 3D dans l’industrie spatiale
La NASA, SpaceX et Airbus ne sont que quelques entreprises utilisant l’impression 3D dans l’industrie aérospatiale. De nombreux autres acteurs tentent de résoudre des problèmes d’ingénierie complexes et fabriquer des pièces spécialisées. À mesure que l’impression 3D évolue, des pièces essentielles pour les avions nationaux et les engins spatiaux. Ils adoptent ces méthodes pour utiliser des alliages personnalisés et des thermoplastiques haut de gamme. Boeing a déjà investi dans des sociétés d’impression 3D métal comme Desktop Metal pour utiliser ces nouvelles technologies. La société a réalisé cet investissement à des fins de recherche et pour développer des pièces pour avions. Aujourd’hui, c’est l’une des solutions les plus pratiques pour l’industrie manufacturière aérospatiale.
De plus, des technologies avancées utilisées en tandem avec l’impression 3D sont également testées dans l’espace. La NASA prédit que les vaisseaux spatiaux embarqueront des d’imprimantes 3D. Ainsi, les scientifiques sur Terre pourront envoyer aux astronautes à bord des fichiers CAO (Conception Assistée par Ordinateur) à imprimer. L’impression sur place et à la demande pourrait changer la donne pour l’avenir des voyages dans l’espace – et la possibilité pour les humains d’explorer d’autres planètes comme Mars.
