Industrie spatiale et impression 3D

La technologie d’impression 3D trouve de nombreuses applications dans la conquête spatiale.

Elle a même le potentiel de révolutionner l’exploration spatiale, en aidant les astronautes à imprimer en 3D dans l’espace les pièces nécessaires à des réparations, des expériences scientifiques ou même à la création d’un habitat complet.

Quelles sont les avantages de l’impression 3D pour l’industrie spatiale ?

L’Agence spatiale européenne (ESA) prend très au sérieux l’idée de fabriquer sa propre base lunaire en utilisant cette technique. Enfin, la NASA investit dans la recherche d’imprimantes 3D alimentaires dans lesquelles elle voit la solution au problème de rationnement des astronautes.



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Imprimer en 3D des pièces de rechange dans l'espace

 Une imprimante 3D pour l’espace

Grâce à la technologie d’impression 3D, il est possible de créer des pièces de rechange depuis l’espace. C’est ce qu’ont réussi à faire la NASA et la société Made in Space.

L’imprimante 3D Zero G de Made in Space utilise la technologie de dépôt de filament fondu et a été spécialement développée pour fonctionner en apesanteur. Elle a ainsi permis de fabriquer une manivelle de rechange depuis la Station spatiale internationale.

L’utilisation d’un seul matériau et le fait de ne pas avoir à emporter de pièces de rechange permet un gain de place considérable dans la station.

L'imprimante 3D Zero G conçue par la société Made in Space.

L’imprimante 3D Zero G conçue par la société Made in Space.

 « Actuellement, si quelque chose se casse, nous sommes complètement dépendants des équipes au sol pour qu’elles nous envoient des pièces de remplacement. Ce serait presque impossible d’envoyer tout le nécessaire pour une mission sur Mars ou sur un astéroïde. »

Niki Werkheiser Project Manager à la NASA.

Envoyer une simple pièce peut prendre plusieurs mois et coûte 15 000 euros par kilo.

La manivelle imprimée en 3D dans la Station grâce à l'imprimante Zero G.

La manivelle imprimée en 3D dans la station grâce à l’imprimante Zero G.

 L’impression 3D, processus simple, rapide et perfectible

Les paramètres de l’objet à imprimer ont été envoyés par mail et les astronautes n’ont eu qu’à lancer l’impression sur leur imprimante 3D, à bord de la station spatiale !

En moins d’une semaine, la manivelle a été modélisée, le fichier envoyé dans l’espace et l’objet imprimée en 3D. A terme, les objectifs sont de pré-modéliser toutes les pièces de la station afin de gagner du temps en cas de casse et de réussir à recycler les objets créés s’ils n’ont plus d’utilité immédiate, dans le but d’économiser le matériau d’impression.



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Résoudre les problèmes de rationnement grâce à l'impression 3D

Imprimer en 3D de la nourriture dans l’espace

Les imprimantes 3D ont la particularité de pouvoir fabriquer une grande variété de produits à partir d’une quantité réduite de matières premières. En se basant sur ce principe, les ingénieurs voient en l’impression 3D la technologie idéale pour nourrir les astronautes lors de missions de longue durée dans l’espace. La NASA a ainsi investi 125 000$ dans le projet de l’ingénieur Anjan Contractor. Celui-ci a réussi à fabriquer une imprimante 3D permettant d’imprimer en 3D des pizzas dans l’espace.

La pizza est constituée de plusieurs de couches, s’adaptant parfaitement à la technologie de l’impression 3D qui fonctionne par dépôt de couches successives :

  • Une première couche de pâte est déposée sur le plateau chauffant de l’imprimante 3D afin qu’elle cuise directement
  • Une seconde couche d’eau, d’huile et de tomate en poudre compose la sauce tomate
  • Une couche de fromage est ajoutée
  • Enfin, des protéines animales et végétales sont déposées pour fournir les nutriments nécessaires

Ceci permet d’obtenir une pizza en quelques minutes et selon Anjan Contractor, ces aliments, conservés dans des cartouches sous formes de poudre, restent comestibles une trentaine d’années, permettant un aller-retour entre la Terre et Mars.

Les différentes étapes d'impression d'une pizza en trois dimensions.

Les différentes étapes d’impression d’une pizza en trois dimensions.



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Imprimer en 3D une base lunaire

 Faciliter l’exploration en établissement une base, ou un habitat extérieur au vaisseau

En s’appuyant sur la technologie de l’impression 3D, l’Agence spatiale européenne (ESA) souhaite construire une base sur la Lune. La structure est imaginée par le bureau d’architectes Foster + Partner alors que la conception de l’imprimante 3D a été commandée à la société anglaise Monolite UK détenue par D-Shape.

La base devrait être constituée de dômes conçus sur Terre intégrant un bouclier résistant aux rayons gamma, aux radiations solaires et aux impacts de météorites. Sur la Lune, deux imprimantes 3D permettraient de consolider la structure à partir du sol lunaire.

Actuellement, l’imprimante 3D proposée par la société Monolite UK permet de construire un bâtiment complet en moins de deux semaines. La prochaine génération devrait permettre de construire près de deux fois plus vite…



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Exemples : La 3D au service des vaisseaux spatiaux

La chambre à combustion de l’Agence spatiale européenne

L’Agence spatiale européenne a récemment testé un propulseur de vaisseau dont la chambre à combustion était imprimée en 3D. Cette première mondiale a permis de révéler que l’impression 3D offrait dans ce cas :

  • Des performances égales sur les matériaux habituels
  • La possibilité d’utiliser des matériaux plus performants jusqu’alors inexploitables
  • Un gain en temps et en coûts de production
Une chambre à combustion imprimée en 3D par l'Agence Spatiale Européenne

Une chambre à combustion imprimée en 3D par l’Agence spatiale européenne

Un moteur de la fusée possédant la valve à oxygène imprimée en 3D en phase de test.

Un moteur de la fusée possédant la valve à oxygène imprimée en 3D en phase de test.

 

La valve à oxygène de SpaceX

SpaceX, la société créée par Elon Musk, a déjà lancé dans l’espace une fusée possédant une valve à oxygène imprimée en 3D en seulement deux jours. Une valve à oxygène est un des éléments clef d’une fusée, puisqu’elle sert à réguler le débit d’oxygène dans la chambre à combustion. Alors que les méthodes classiques permettent une fabrication en plusieurs mois, cette valve imprimée en 3D a fonctionné avec succès. Elle s’est même montrée plus résistante et extensible, ainsi que moins sujette à des variations de propriétés des matériaux.

Le moteur SuperDraco de SpaceX

Space X a annoncé en mai 2014 les tests concluants des huit moteurs SuperDraco qui équiperont le Dragon V2, un vaisseau spatial réutilisable. Ces moteurs ont été imprimés en 3D en utilisant la méthode par frittage laser et jouent deux rôles :

  • Éjecter le vaisseau spatial en cas de défaillance du lanceur au décollage
  • Freiner le vaisseau à son retour sur Terre pour un atterrissage en douceur

Ces améliorations rendues possibles grâce à l’impression 3D permettent de réutiliser le vaisseau à son retour, diminuant profondément les coûts d’une expédition spatiale. L’impression 3D s’est révélée très performante dans ce processus de fabrication en étant moins coûteuse et plus rapide que les procédés habituels, tout en offrant des pièces plus résistantes, plus fiables et plus efficaces.

Le moteur SuperDraco imprimé en 3D par Space X pour équiper le vaisseau Dragon V2.

Le moteur SuperDraco imprimé en 3D par SpaceX pour équiper le vaisseau Dragon V2.

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