Fabrication en orbite : avancées avec l’impression 3D métallique

Les techniques d’impression 3D métallique ont fait de grands progrès au cours des cinq dernières années. Les avancées en sciences des matériaux, en méthodes de livraison et en automatisation ont rendu l’impression 3D plus répandue dans l’économie. Aujourd’hui, l’impression 3D est prête à s’aventurer au‑delà de l’atmosphère. Voici ce que vous devez savoir.

L’impression 3D est un gros business

L’industrie de l’impression 3D continue d’étendre ses activités. Des chercheurs de BGC ont prédit que le secteur dépasserait 95 milliards de dollars de valeur d’ici 2032. Cette valeur ajoutée représente une croissance massive par rapport à 2022, où le marché était évalué à 18 milliards de dollars. Aujourd’hui, le marché est prêt à atteindre de nouveaux sommets alors que les principales équipes d’exploration spatiale du monde recherchent des solutions à leurs problèmes de déplacement.

Impression 3D métallique

De nombreux styles d’impression 3D sont utilisés aujourd’hui. Notamment, l’impression 3D métallique a connu certaines des améliorations les plus importantes ces dernières années. Les imprimantes 3D métalliques créent des pièces en ajoutant successivement des couches de métal chauffé selon un motif prédéfini avant de les laisser refroidir pour prendre forme. Cette méthode d’impression peut produire des objets à faible poids complexes qui peuvent être utilisés dans l’aéronautique et les composants médicaux.

Source – ESA

Impression dans l’espace

Les futures équipes d’exploration spatiale devront utiliser des dispositifs comme celui‑ci pour compenser leur manque de ressources. Ainsi, un effort concerté a été déployé pour étudier l’impression 3D dans des conditions hors de l’atmosphère terrestre. Les chercheurs de l’ESA ont donc voulu étudier les effets de différentes forces gravitationnelles sur les matériaux et les processus.
Imprimer des objets dans l’espace a le potentiel de propulser les efforts de l’humanité vers de nouvelles destinations. Ces dispositifs aident à réduire les déchets, à améliorer la flexibilité et à diminuer le poids. Bien sûr, l’impression dans l’espace présente des problèmes qui doivent être surmontés avant d’atteindre son plein potentiel. En particulier, l’absence de pression et de forces gravitationnelles rend le dépôt de couches de matériau difficile.

Première impression 3D métallique à bord de la Station spatiale

Ce mois‑ci marque une étape majeure pour le secteur de l’impression 3D spatiale, l’ESA (Agence spatiale européenne) annonçant l’impression réussie de plusieurs composants métalliques en microgravité pour la Station spatiale internationale. Cette nouvelle constitue l’une des premières fois que l’industrie de l’impression 3D s’aventure dans le domaine spatial. Actuellement, l’UE mène la charge sur ce marché avec ses dernières recherches offrant un potentiel de révolution du secteur.

Le démonstrateur de technologie d’imprimante 3D métallique

L’équipe de recherche innovante de l’ESA a créé une imprimante 3D métallique spécialement conçue pour les scénarios de microgravité pour ce test. Le dispositif de 180 kg utilise un fil en acier inoxydable pour créer des pièces métalliques rigides et des outils, en appliquant de petites couches séquentielles. Ensuite, un laser puissant a été intégré pour chauffer le fil. Ce laser est suffisamment puissant pour transformer le métal en liquide, qui goutte dans une cuve de fusion alimentant l’applicateur d’impression.

Fonctions de sécurité

Certaines fonctions de sécurité clés intégrées à cette imprimante sont uniques aux voyages spatiaux. Par exemple, le dispositif est entièrement enfermé dans une boîte conçue pour absorber et empêcher la chaleur de s’échapper dans la cabine. Cette protection empêche également les fumées de se propager dans le vaisseau, ce qui pourrait être potentiellement mortel pour les explorateurs du lointain espace.

Surveillance virtuelle

Une autre fonctionnalité intéressante de l’imprimante 3D améliorée est l’automatisation complète et le contrôle depuis le sol. L’équipage peut se détendre pendant que le personnel au sol gère toutes les exigences techniques. La seule étape que les astronautes doivent accomplir est d’ouvrir le gaz d’azote, assurant une ventilation adéquate dans le vaisseau.
L’une des principales raisons pour lesquelles ce mode de contrôle est vital est qu’il permet les longs voyages spatiaux, même si un chercheur particulier ne peut pas continuer. Le personnel au sol peut fournir la logistique et le soutien matériel appropriés aux membres d’équipage survivants lorsque cela est nécessaire.

Tests

Quatre pièces ont été conçues et envoyées à l’imprimante de la station spatiale depuis la Terre dans le cadre du processus de test. Le processus complet d’impression 3D a été lancé, contrôlé, surveillé et revu par l’équipe de contrôle au sol avec succès. Les unités imprimées sont maintenant en route pour des tests supplémentaires.
Plus précisément, deux des quatre unités seront envoyées au Centre européen des astronautes et à l’Université technique du Danemark (DTU). Les deux dernières impressions seront testées au prestigieux laboratoire des matériaux et composants électriques d’ESTEC aux Pays‑Bas. Là, elles seront comparées aux versions imprimées sur Terre afin d’examiner d’éventuelles différences de qualité, de durabilité, de constance ou d’autres facteurs pouvant compromettre les missions futures.

Installation de l’imprimante 3D

Un autre aspect intéressant de l’imprimante 3D métallique avancée est sa modularité. L’imprimante a été conçue pour s’intégrer directement dans le « European Draw Rack Mark II » du module Columbus. Cette approche rend ces unités prêtes à être utilisées par toutes les agences spatiales compatibles. Notamment, c’est l’astronaute de l’ESA Andreas Mogensen qui a été chargé de l’installation.

Station spatiale internationale

Lancée en novembre 2000, l’ISS (Station spatiale internationale) sert de phare à la coopération internationale. Ce vaisseau massif de 460 tonnes comprend six quartiers de couchage, une salle de sport complète et mesure environ 100 mètres de long. Notamment, ce laboratoire scientifique en orbite tourne autour de la Terre 16 fois par jour à une vitesse impressionnante de 28 800 km/h. Cette vitesse signifie que les passagers voient 16 levers de soleil chaque 24 heures à bord du vaisseau. Le meilleur, c’est qu’ils peuvent profiter de ces moments époustouflants depuis la grande baie vitrée à 360 degrés de la station spatiale.

Activités de recherche scientifique

Aujourd’hui, l’ISS est un composant vital pour la recherche et le test de nouvelles technologies dans l’espace. Le laboratoire flottant offre un lieu unique pour tester des objets sous microgravité prolongée. Des milliers d’expériences et de tests ont été réalisés depuis le lancement de la station et elle reste l’un des rares endroits où l’on peut vivre une expérience microgravitationnelle réellement prolongée.

Contrôle de la qualité en basse gravité

La principale raison pour laquelle ces tests sont essentiels à l’exploration future est que les chercheurs disposent de peu de données sur le fonctionnement de l’impression 3D de métaux dans l’espace. En conditions de gravité normale, les dispositifs peuvent facilement déposer leurs matériaux composites. Ce processus devient plus difficile lorsqu’on doit gérer la microgravité, les turbulences et d’autres conditions.
Un aspect clé que les chercheurs souhaitent tester est la durabilité des pièces imprimées comparée à leurs homologues terrestres. Ils veulent savoir si les conditions de microgravité pourraient affecter négativement le matériau métallique, notamment pendant le processus de dépôt en couches. Ainsi, il y a beaucoup d’attente autour de la révision finale de ces pièces imprimées.

Avantages des imprimantes 3D métalliques dans l’espace

La révélation qu’il existe déjà des imprimantes 3D métalliques en fonctionnement dans l’espace est une véritable prise de conscience. Les bénéfices de ces dispositifs sont si importants que, depuis des années, les agences spatiales et les entreprises d’impression 3D collaborent pour tenter de percer les nombreuses complexités de la création d’objets en gravité minimale.
Notamment, l’un des principaux avantages de l’impression 3D est que les objets dont vous avez besoin peuvent être créés sur place. Pour les voyageurs spatiaux, ce sera leur meilleure option. Contrairement aux séries télévisées d’exploration spatiale, les chances qu’un membre d’équipage se téléporte sur une planète pour se réapprovisionner sont très faibles. Dans la plupart des cas, les astronautes devront pouvoir créer leurs besoins à partir de ce qui se trouve à bord du vaisseau. Voici d’autres avantages à connaître.

Poids/coût réduits

Le coût de mettre un kilogramme en orbite s’élève à plusieurs milliers de dollars. Ainsi, le budget pour des dispositifs de réparation simples comme des clés, des tournevis et d’autres outils nécessaires mais pas toujours indispensables est limité. L’impression 3D offre une alternative viable, plus rapide et moins coûteuse que d’envoyer une fusée avec des fournitures en orbite.

Nouvelle conception d’outils

Un autre avantage impressionnant de cette imprimante 3D métallique est la capacité de créer de nouveaux types d’outils et d’instruments au fur et à mesure de leur invention. Il est probable que les futurs voyageurs spatiaux auront besoin d’outils conçus sur mesure pour gérer des environnements rares et inimaginables. Les imprimantes 3D métalliques permettraient à ces équipes d’être flexibles et de s’adapter quand cela est nécessaire pour accomplir leurs missions.

Réduction des déchets

Ironiquement, la gestion des déchets est l’un des éléments les plus vitaux des futures opérations de voyage spatial. Contrairement à la Terre, où l’on peut parfois se permettre de jeter ses ordures au bord de la route en espérant qu’elles se décomposent lentement, les débris spatiaux peuvent poser de sérieux problèmes aux futurs voyageurs.

Le plus petit fragment de débris spatiaux voyage assez vite pour endommager satellites, vaisseaux spatiaux et autres objets sensibles, y compris les astronautes. Malheureusement, l’orbite terrestre basse est déjà inondée de débris spatiaux. L’impression 3D pourrait aider à réduire les déchets, ce qui contribuerait à prévenir la prolifération de ces débris.

Les imprimantes 3D métalliques avancées pourraient être utilisées pour fondre des objets déjà produits et réutiliser leur matière afin de fabriquer d’autres dispositifs. Imaginez un astronaute utilisant une clé, puis faisant fondre cet outil pour l’imprimer à nouveau sous la forme d’un autre outil précieux nécessaire à la tâche. Cette vision élimine le gaspillage inutile et ouvre la voie à des voyages spatiaux plus sûrs à l’avenir.

Chercheurs

Des chercheurs de l’ESA, dont Rob Postema, Sébastien Girault et d’autres ingénieurs très respectés, ont mené ces tests afin d’identifier les axes d’amélioration de l’impression 3D métallique dans l’espace. Le projet a été rendu possible grâce au financement d’Airbus. Airbus est l’une des entreprises d’automatisation les plus performantes au monde et le principal concurrent de l’UE.

L’avenir de l’impression 3D métallique

L’avenir de l’impression 3D métallique s’annonce prometteur. Ces récentes avancées, combinées à une plus grande intégration de l’IA, continuent de réduire les barrières techniques et financières de cette technologie. Certains chercheurs envisagent un futur où les habitations, les outils, les pièces de rechange et même les organes humains seront imprimés.

Entreprises pionnières de l’impression 3D

L’industrie de l’impression 3D ne se limite pas aux fabricants d’imprimantes. De nombreuses entreprises se spécialisent dans des produits d’impression 3D avancés. Il existe des fournisseurs de filaments, des designers, des développeurs de logiciels et bien plus encore. Tous ces acteurs travaillent ensemble pour favoriser l’intégration de l’impression 3D. Voici quelques sociétés qui pourraient bénéficier des dernières recherches sur l’impression 3D dans l’espace.

1. Desktop Metal

Desktop Metal est l’un des principaux fournisseurs de matériel d’impression 3D au monde. L’entreprise a été fondée en 2015 avec l’objectif de rassembler les différents composants de l’industrie de l’impression 3D de l’époque. Notamment, la société a levé 438 M$ de financement auprès d’investisseurs de premier plan, dont Google Ventures, BMW et Ford Motor Company (F ).

Ce fabricant basé dans le Massachusetts conçoit à la fois des imprimantes 3D métalliques et en fibre de carbone pour des clients industriels. Actuellement, il compte des clients parmi les grandes entreprises automobiles et aérospatiales. Ainsi, l’entreprise a reçu une reconnaissance considérable, notamment en étant répertoriée parmi les « 50 entreprises les plus intelligentes » du MIT Technology Review et en bénéficiant du soutien du Forum économique mondial.

L’action DM est considérée comme un bon achat grâce au positionnement de l’entreprise sur le marché et à l’expansion du secteur de l’impression 3D métallique. Ces facteurs, combinés au fort soutien du projet, font de Desktop Metal une addition judicieuse avec un fort potentiel.

2. Eastman Chemical Company

EMN Graphique du prix

Eastman Chemical Company (EMN ) fournit les produits chimiques et autres matériaux nécessaires à l’impression 3D. Cette société jouit d’une réputation de fournir des services et des produits de qualité aux clients industriels depuis sa création en 1920 par George Eastman. Aujourd’hui, elle demeure une force pionnière sur le marché.
Notamment, Eastman Chemical Company a reçu de multiples distinctions pour ses réalisations passées. Par exemple, en 2013, le American Chemistry Council (ACC) lui a décerné le prestigieux prix « Responsible Care Company of the Year ». Ces éléments font d’Eastman Chemical Company une addition intelligente à tout portefeuille équilibré.

Impression 3D métallique avancée – une technologie prête pour le déploiement

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles l’impression 3D métallique est l’option idéale pour les voyageurs spatiaux et ceux qui se trouvent dans des zones difficiles d’accès. La capacité de créer et de produire des conceptions quasi infinies fait de ces outils un atout précieux pour toute opération. À l’avenir, le prix des imprimantes 3D continuera de baisser, grâce à de nouvelles améliorations des matériaux et des processus. Ainsi, il est judicieux de rester à jour sur l’industrie de l’impression 3D pour saisir davantage d’opportunités à l’avenir.

Découvrez d’autres technologies de fabrication Cool Manufacturing Tech