Étude de cas : produire des structures spatiales déployables en fabrication additive
Problème
Les méthodes de fabrication traditionnelles sont trop coûteuses pour produire des structures spatiales déployables.
Solution
Utiliser la fabrication additive pour produire des outils et accessoires en PEEK chargé fibre de carbone v grâce à la AON M2+.
Économies de coûts et de temps
Plus de 4000$ économisés et 4 à 6 semaines gagnées par moule composite.
Le client
La course à l’espace s’intensifie avec une multitude de nouvelles entreprises spatiales et de missions vers d’autres planètes. Au cœur de cette course se trouve un défi technique majeur : échapper à la gravité terrestre avec des structures spatiales suffisamment grandes pour supporter les voyages spatiaux de la prochaine génération et la colonisation extraterrestre.
Opterus Research and Development, Inc, une entreprise aérospatiale située à Loveland, dans le Colorado, relève ce défi avec une approche unique. Au lieu d’utiliser des engins spatiaux plus grands, Opterus conçoit et fabrique des structures spatiales composites massives qui tiennent dans des espaces extrêmement petits et qui se déploient ensuite dans l’espace.
Par exemple, Opterus peut faire tenir des supports structurels rigides de 40m (131,2 pieds), appelés mâts tubulaires repliables en treillis (TCTM), dans des emballages de la taille d’une boîte à chaussures. Avec un poids de seulement 6,5 kg, Opterus propose un moyen crédible et rentable d’envoyer de grands panneaux solaires, des réflecteurs, des antennes et d’autres structures de grande taille dans l’espace.
Le défi
Avec ses innovations, Opterus résout des problèmes pour lesquels il n’existe actuellement aucune solution. Chaque nouveau projet nécessite une recherche et un développement approfondis, des essais et un outillage personnalisé pour être mené à bien.
Les structures spatiales déployables d’Opterus sont fabriquées à l’aide de matériaux avancés de type « High Strain Composite » (HSC), capables de supporter des déformations en flexion deux fois plus élevées, une réduction de masse cinq fois plus importante, une rigidité huit fois supérieure et une stabilité dimensionnelle vingt fois supérieure à celle des aciers classiques, habituellement utilisés dans les structures spatiales déployables.
Pour fabriquer ces HSC, l’outillage composite traditionnel offre des possibilités de conception limitées tout en coûtant des milliers de dollars pour des projets sétalant sur des semaines voire des mois. À l’inverse, les imprimantes 3D de bureau sont abordables et rapides, mais ne permettent de répondre qu’aux besoins d’applications moins exigeantes.
La solution
L’équipe d’ingénieurs d’Opterus s’est alors tournée vers l’impression 3D à haute température pour mettre en oeuvre ses projets et fabriquer un outillage composite à taille réelle et à coût raisonné. Dans sa recherche, l’équipe d’ingénieurs a identifié l’imprimante 3D AON M2+, offrant un volume d’impression de 450 x 450 x 565 mm et un accès aux matériaux polymères haute performance.
En utilisant l’AON M2+ et du filament PEEK chargé en fibre de carbone, Opterus fabrique des moules composites plus rapidement et de manière plus rentable. Les propriétés de la fibre de carbone associée au PEEK sont idéales pour ce cas d’usage, avec un faible coefficient de dilatation thermique et la capacité de résister à des températures pouvant dépasser 180°C. Après un léger ponçage et l’application de J-B Weld ou de ruban adhésif en téflon, les moules ne nécessitent qu’une préparation minimale avant usage.
Prochaines étapes
Grâce à sa technologie et à son processus, Opterus a pour objectif la mise sur le marché la prochaine génération de structures spatiales à haute performance, allant des petites antennes de satellite aux panneaux solaires d’une superficie maximale de 10 000 m² destinés à la captation de l’énergie solaire, en passant par les voiles solaires et panneaux solaires mégawatts fabriqués dans l’espace.
L’entreprise est en mesure d’obtenir un brevet de vol spatial initial d’ici le milieu de l’année 2024 pour des structures d’engins spatiaux déployables novatrices et avancées, notamment des perches enroulables en composite, des réflecteurs paraboliques déployables et des structures de panneaux solaires déployables pour des engins spatiaux de petite et de grande taille. Ces étapes s’appuieront sur des années de démonstration et de développement de nouvelles technologies, qui viendront s’ajouter au portefeuille de produits en orbite d’Opterus.
