Que sont les 3D

Jun 21, 2023

Une fusée imprimée en 3D est un vaisseau spatial doté de composants fabriqués de manière additive à l’aide de la technologie d’impression 3D. Comparée à la plupart des fusées traditionnelles, la variété imprimée en 3D est plus économe en carburant, plus légère et construite en une fraction du temps.

Les moteurs et les cellules des fusées imprimées en 3D peuvent être construits en une seule pièce, sans aucun joint, couture ou soudure. Son processus de fabrication additive rationalise également les pipelines de production, nécessitant peu ou pas d'outillage et moins de pièces, tout en permettant aux startups de l'aérospatiale de participer à un prototypage rapide.

Une fusée imprimée en 3D est un vaisseau spatial fonctionnel composé en grande partie de pièces fabriquées de manière additive.

À l’heure actuelle, les fusées imprimées en 3D sont principalement développées comme lanceurs de satellites, qui transportent des satellites et les placent sur des orbites terrestres basses spécifiques. Avec davantage de développement, ils pourraient éventuellement être utilisés pour les voyages spatiaux à bord des passagers et les missions à destination de Mars.

"Presque tout peut être imprimé en 3D aujourd'hui, et davantage d'impressions seront réalisables à l'avenir", a déclaré à Built In Ryan Kraft, directeur principal des performances intégrées chez la société privée de fusées Relativity Space. "Le défi consiste à déterminer ce qu'il faut imprimer et comment intégrer au mieux les composants imprimés dans le système global du lanceur."

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La course à l'espace est tout aussi compétitive lorsqu'elle est imprimée en 3D, chaque startup inventant sa propre approche au fur et à mesure. Cela dit, il existe sept types de fabrication additive, dont deux sont en tête : la fusion sur lit de poudre (en particulier le frittage sélectif par laser) et le dépôt d'énergie dirigée.

Le plus souvent, les fusées imprimées en 3D et leurs composants sont fabriqués à l'aide d'une méthode de fusion sur lit de poudre connue sous le nom de frittage sélectif au laser, a déclaré Tony Hoffman, analyste principal qui teste et examine les imprimantes 3D chez PCMag. Au cours de ce processus, a-t-il expliqué, des lasers sont utilisés pour faire fondre et fusionner une poudre métallique qui est distribuée couche par couche pour créer l'objet souhaité.

À l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO), le plan est téléchargé, puis divisé en fines sections transversales. Ces données sont ensuite transférées à l’équipement de fabrication : une grande machine carrée dotée d’une fenêtre intégrée et d’un rouleau de nivellement. À chaque étape, le rouleau passe d'un côté à l'autre, comme un faisceau dans un scanner de bureau, étalant une fine couche de matériau en poudre sur le plateau de fabrication. Un laser dessine ensuite le motif selon les instructions programmées en utilisant la chaleur appliquée qui lie le matériau. Le plateau de construction s'abaisse d'un niveau et la couche suivante est construite au-dessus de la couche précédente, désormais solidifiée (d'où le terme « ajouter » dans « fabrication additive »). Ce processus se répète jusqu'à ce que la conception soit terminée.

Mais comme vous pouvez l’imaginer, une seule boîte ne convient pas à tous lorsqu’il s’agit de construire des vaisseaux de la taille d’une fusée. Une autre technique, utilisée par la NASA et Relativity, est connue sous le nom de dépôt d'énergie dirigé.

"Ces imprimantes doivent être très grandes car les composants qu'elles tentent de produire sont très grands", a déclaré Kurt Anderson, professeur de génie mécanique, aérospatial et nucléaire à l'Institut polytechnique de Rensselaer.

Dans cette méthode, un bras robotique multi-axes dirige une source d’énergie – telle qu’un arc plasma, un laser ou un faisceau d’électrons – selon un modèle CAO. Lorsque la buse extrude un filament – ​​probablement un alliage métallique léger comprenant de l’aluminium ou du titane – elle fait fondre le matériau et le dépose sur un plateau de construction rotatif.

"Étant donné la forme cylindrique à paroi mince de nombreux composants nécessaires aux fusées", a déclaré Anderson, "les imprimantes 3D orientées vers la construction de fusées auraient tendance à avoir des manipulateurs robotiques spatiaux travaillant en conjonction avec un très grand plateau tournant central."

De cette façon, les rendus numériques peuvent être transformés en composants physiques et fonctionnels à l'échelle, les limites étant la taille de sa base et la chambre dans laquelle une pièce est construite.

Les réservoirs d'oxydant, les réservoirs de propulseur, les cloches de tuyère du moteur, les corps extérieurs de la fusée et une partie de la tuyauterie sont tous des composants d'une fusée qui se prêtent à l'impression 3D, a déclaré Anderson. Chambres de combustion, injecteurs, pompes et vannes figurent également sur la liste.