L’impression 3D dans l’aérospatiale

L’impression 3D a un énorme potentiel, en particulier dans le domaine de l’aérospatiale. En utilisant la fabrication additive, il s’agit notamment de pouvoir fabriquer des pièces de rechange à bord de la station spatiale et aussi dans les fusées, de résoudre le problème de la nourriture à bord de l’ISS et des modules ultérieurs et aussi de préparer un nouveau débarquement sur la Lune. Nous pourrions également imaginer que cette technologie puisse être utilisée pour voyager vers Mars. Mais il faudra encore attendre quelques années avant de voir la première mission sur Mars. Bien entendu, le temps ne s’arrêtera pas d’ici là en ce qui concerne la recherche et l’utilisation de la fabrication additive dans l’aéronautique et l’aérospatiale.

Pourquoi l’aérospatiale profite-t-elle de l’impression 3D ?

Dans l’espace, il y a très peu de matières premières exploitables. En même temps, il y a beaucoup de poussière en suspension dans l’air. Il est envisagé d’ajouter des particules microscopiques à la poussière agrégée et de créer ainsi des structures solides en utilisant la fabrication additive. Des pièces de rechange peuvent être fabriquées à partir de ces structures, mais aussi à partir de pièces en plastique et en métal recyclables qui peuvent être broyées sur place et transformées en un nouveau filament. Celles-ci peuvent ensuite être intégrées dans des appareils ou des équipements, utilisées pour des expériences scientifiques, etc. Même les aliments peuvent être présentés de manière plus esthétique avec une imprimante 3D. Pour ce faire, la NASA a par exemple financé un projet de la « Systems and Materials Research Corporation » visant à faire avancer le développement d’imprimantes alimentaires 3D utilisables dans un environnement en apesanteur.

En outre, l’envoi d’outils et d’autres matériaux à l’ISS par fusée est très coûteux. Le coût par kilogramme est d’environ 17 000 dollars américains. Il est donc plus judicieux d’envoyer des matériaux qui seront ensuite transformés sur place en outils, pièces de rechange ou autres, et qui pourront éventuellement être recyclés par la suite. Le transport de l’imprimante 3D et du filament est donc nettement moins coûteux que le transport d’outils finis et de pièces de rechange qui doivent encore être stockés.

Imprimante 3D pour la gravité

La NASA a développé, en collaboration avec l’entreprise Made in Space, une imprimante 3D appelée Zero G qui fonctionne sans gravité. Cet appareil utilise la technologie FDM (Fused Deposition Modeling) et a déjà été testé avec succès. À l’époque, la station terrestre transmettait le fichier à l’ISS, où l’imprimante 3D fabriquait un cliquet.

Un autre objectif est maintenant de créer une base de données contenant tous les fichiers 3D des pièces nécessaires dans la station spatiale. Si un tel composant tombe en panne, il peut être réimprimé directement sur place, ce qui prend beaucoup moins de temps que le transport d’une pièce de rechange par fusée. Sans parler du facteur coût.

Pression alimentaire dans l’espace

Les ingénieurs de la NASA ont mis au point une technologie destinée à nourrir les astronautes lors de vols spatiaux de longue durée ou de missions spatiales. Ils ont ainsi mis au point une imprimante 3D capable de produire une pizza en trois dimensions dans l’espace. Comme les pizzas sont fabriquées par couches successives (d’abord la pâte, puis la sauce tomate, puis d’autres garnitures et enfin le fromage), cela convient très bien à l’impression 3D, car ici aussi, on imprime par couches successives. Il ne doit s’écouler que quelques minutes avant que la pizza ne soit prête.

La construction d’une station lunaire est également envisageable grâce à l’impression 3D

L’Agence spatiale européenne (ESA) espère pouvoir utiliser l’impression 3D pour construire une station lunaire. Pour ce faire, le studio d’architecture Fosters + Partner a conçu, en collaboration avec l’entreprise Monolite UK, une structure qui sera ensuite montée sur un dôme sur la Lune. Ce dôme est construit sur la Terre, puis installé sur place et solidifié avec des matériaux présents sur la Lune. Le dôme sert de défense contre les impacts de météorites et filtre à la fois les rayons solaires et les rayons gamma.

Un moteur fabriqué par une imprimante 3D

Dès le milieu de cette décennie, l’ESA a présenté le premier moteur imprimé en 3D pour les engins spatiaux, équipé d’une chambre de combustion en platine. L’utilisation de l’impression 3D a permis de mettre en évidence certains avantages. Le moteur lui-même est alors aussi performant qu’un moteur fabriqué de manière conventionnelle. Parmi les avantages de cette technologie, on peut citer la réduction des coûts de production et l’utilisation de nouveaux matériaux.

Pour un moteur 1D, SpaceX a présenté une soupape d’oxydation. Celui-ci doit être intégré dans les fusées Falcon 9.

L’impression 3D dans l’aéronautique

Les imprimantes 3D sont de plus en plus utilisées, non seulement dans l’aérospatiale, mais aussi dans l’aviation. Par exemple, Stratasys a annoncé il y a quelque temps avoir installé 1.000 pièces imprimées en 3D dans un Airbus. L’entreprise Pratt & Whitney s’est associée à la société Bombardier pour permettre la fabrication de pièces de moteur imprimées en 3D. Le constructeur aéronautique Boeing a lui aussi reconnu les signes du temps et a déposé un brevet permettant d’imprimer des pièces de rechange pour ses machines grâce à la fabrication additive. Cela permet de réduire considérablement les coûts de transport et de stockage.

Le constructeur d’avions Boeing a conclu une coopération avec Thermwood pour la fabrication d’une grande pièce d’outillage imprimée en 3D. Cet outil sera utilisé sur les avions X777.

Siemens s’est également engagé à utiliser et à développer l’impression 3D. Par exemple, en collaboration avec le fabricant de pièces aéronautiques Strata, l’entreprise a imprimé pour les avions de la compagnie Etihad Airline des cadres d’écran qui sont encastrés à l’arrière des dossiers des sièges. Jusqu’alors, les cadres devaient encore être retravaillés manuellement.

Conclusion

L’utilisation de l’impression 3D dans l’industrie aérospatiale présente de nombreux avantages. Les coûts sont également inférieurs à ceux de la production conventionnelle, notamment grâce à la réduction des quantités de consommables et à la production de géométries complexes « en un seul bloc ». De plus, les pièces imprimées en 3D sont souvent beaucoup plus légères. Chaque kilo de poids économisé se répercute bien sûr positivement sur la consommation de carburant. Un autre avantage, en particulier pour l’espace, est que les objets peuvent être fabriqués directement sur place – donc aussi dans la station spatiale ou plus tard sur la Lune et sur Mars.

Littérature complémentaire/sources :

• https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/1115.html
• https://www.detail.de/blog-artikel/lebensraum-aus-dem-drucker-mondprojekt-von-foster-partners-22990/
• https://blog.thermwood.com/boeing-and-thermwood-partner-to-demonstrate-new-3d-printing-technology-0
• https://www.siemens.com/innovation/de/home/pictures-of-the-future/industrie-und-automatisierung/3d-druck-ersatzteile-fuer-flugzeuge.html