La fabrication en orbite progresse grâce à l’impression 3D métallique

Les techniques d'impression 3D métal ont considérablement évolué ces cinq dernières années. Les progrès dans les sciences des matériaux, les méthodes de production et l'automatisation ont permis à l'impression 5D de s'imposer dans l'économie. Aujourd'hui, l'impression 3D est prête à s'aventurer hors de l'atmosphère. Voici ce que vous devez savoir.

L’impression 3D est une grosse affaire

L'industrie de l'impression 3D poursuit son expansion. Des chercheurs du BGC prévoient que la valeur du secteur dépassera les 95 milliards de dollars d'ici 2032. Cette valeur ajoutée représente une croissance considérable par rapport à 2022, où le marché était évalué à 18 milliards de dollars. Aujourd'hui, le marché est sur le point d'atteindre de nouveaux sommets, les plus grandes équipes d'exploration spatiale du monde cherchant des solutions à leurs problèmes de voyage.

Impression 3D en métal

Il existe aujourd’hui de nombreux styles d’impression 3D. L’impression 3D métal a notamment connu certaines des améliorations les plus importantes de ces dernières années. Les imprimantes 3D en métal sont créées en ajoutant des couches successives de métal chauffé selon un motif prédéterminé avant de le laisser refroidir pour prendre sa forme. Cette méthode d’impression de produits peut produire des articles complexes de faible poids pouvant être utilisés dans les composants aéronautiques et médicaux.

Source – ESA

Imprimer dans l'espace

Les futures équipes d’exploration spatiale devront utiliser des appareils comme celui-ci pour compenser leur manque de ressources. C’est pourquoi des efforts concertés ont été déployés pour étudier l’impression 3D dans des conditions atmosphériques extra-terrestres. Les chercheurs de l’ESA souhaitaient donc étudier les effets de différentes forces gravitationnelles sur les matériaux et les processus.

L'impression spatiale pourrait propulser les efforts de l'humanité vers de nouveaux horizons. Ces dispositifs contribuent à réduire les déchets, à améliorer la flexibilité et à alléger le poids. Bien sûr, l'impression spatiale présente des difficultés qu'il faut surmonter avant d'atteindre son plein potentiel. En particulier, l'absence de pression et de forces gravitationnelles rend la superposition de matériaux difficile.

Première impression 3D métallique sur la Station spatiale

Ce mois-ci marque une étape majeure pour le secteur de l'impression 3D spatiale puisque l'ESA (Agence spatiale européenne) a annoncé avec succès l'impression de plusieurs composants métalliques 3D en microgravité pour la Station spatiale internationale. Cette nouvelle marque l’une des premières fois où l’industrie de l’impression 3D se lance dans le domaine spatial. Actuellement, l’UE mène la charge sur ce marché avec ses dernières recherches susceptibles de révolutionner l’industrie.

Le démonstrateur de technologie d’imprimante 3D en métal

L’équipe de recherche innovante de l’ESA a créé une imprimante 3D métallique spécialement conçue pour s’adapter aux scénarios de microgravité pour ce test. L'appareil de 180 kg exploite un fil d'acier inoxydable pour créer des produits métalliques rigides et des outils en minuscules couches appliquées séquentiellement. Ensuite, un laser puissant a été intégré pour chauffer le fil. Ce laser est suffisamment puissant pour convertir le métal en un liquide, qui s'égoutte dans un bassin de fusion qui alimente l'applicateur d'impression.

Des dispositifs de sécurité

Certaines fonctionnalités de sécurité clés intégrées à cette imprimante sont propres aux voyages spatiaux. Par exemple, l’appareil est entièrement enfermé dans un boîtier conçu pour absorber et empêcher la chaleur de s’échapper dans l’habitacle. Cette protection empêche également les fumées de se propager dans l'engin, ce qui pourrait être potentiellement mortel pour les explorateurs de l'espace lointain.

Surveillance virtuelle

Une autre fonctionnalité intéressante de l’imprimante 3D améliorée est l’automatisation et le contrôle complets depuis le contrôle au sol. L'équipage peut se détendre pendant que l'équipe au sol s'occupe de toutes les exigences techniques. La seule étape que les astronautes doivent accomplir est d’ouvrir l’azote gazeux, en s’assurant qu’il dispose d’une ventilation adéquate dans l’engin.

L'une des principales raisons pour lesquelles cette méthode de contrôle est essentielle est qu'elle permet de longs voyages spatiaux, même si un chercheur ne peut poursuivre. L'équipe au sol peut fournir le soutien logistique et matériel nécessaire aux membres d'équipage survivants en cas de besoin.

Tests

Quatre pièces ont été conçues et envoyées à l’imprimeur de la station spatiale depuis la Terre dans le cadre du processus de test. Le processus d’impression 3D à grande échelle a été lancé, contrôlé, surveillé et examiné avec succès par l’équipe de contrôle au sol. Les unités imprimées sont maintenant en route pour des tests plus approfondis.

Plus précisément, deux des quatre unités seront destinées au Centre des astronautes européens et à l'Université technique du Danemark, DTU. Les deux dernières impressions seront testées au prestigieux laboratoire de matériaux et composants électriques de l'ESTEC aux Pays-Bas. Ici, ils seront comparés aux versions imprimées au sol pour examiner toute différence de qualité, de durabilité, de cohérence ou d'autres facteurs qui pourraient compromettre les missions futures.

Installation d'une imprimante 3D

Un autre aspect intéressant de l’imprimante 3D métal avancée est sa modularité. L'imprimante a été conçue pour s'intégrer directement dans le European Draw Rack Mark II au sein du module Columbus. Cette approche rend ces unités prêtes à être utilisées par toutes les agences spatiales compatibles. C’est notamment 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) est un modèle de coopération internationale. Cet imposant vaisseau spatial de 460 tonnes, long d'environ 6 mètres, comprend six cabines et une salle de sport complète. Ce site d'essais scientifiques effectue 100 orbites autour de la Terre par jour à la vitesse impressionnante de 16 28,800 km/h. Grâce à cette vitesse, les passagers peuvent admirer 16 levers de soleil toutes les 24 heures à bord. Mieux encore, ils peuvent profiter de ces moments exceptionnels depuis la grande baie vitrée à 360 degrés de la station spatiale.

Activités de recherche scientifique

Aujourd'hui, l'ISS est un élément essentiel de la recherche et des tests de nouvelles technologies spatiales. Ce laboratoire flottant offre un lieu unique pour tester des objets en microgravité prolongée. Des milliers d'expériences et de tests ont été réalisés depuis le lancement de la station, et elle reste l'un des seuls endroits permettant de vivre une expérience véritablement prolongée en microgravité.

Vérification de la qualité en basse gravité

La principale raison pour laquelle ces tests sont essentiels pour l’exploration future est que les chercheurs disposent de données limitées sur le fonctionnement de l’impression 3D des métaux dans l’espace. Dans des scénarios de gravité normale, les appareils peuvent facilement superposer leurs matériaux composites. Ce processus devient plus difficile lorsqu’il s’agit de microgravité, de turbulence et d’autres conditions.

Un aspect clé que les chercheurs souhaitent tester est la durabilité des dispositifs imprimés par rapport à leurs homologues terrestres. Ils souhaitent savoir si les conditions de microgravité pourraient affecter négativement les matériaux métalliques, notamment lors du processus de stratification. L'évaluation finale de ces dispositifs imprimés suscite donc une grande attente.

Avantages des imprimantes 3D métal dans l’espace

La révélation selon laquelle des imprimantes 3D métalliques fonctionnent déjà dans l’espace est une révélation. Les avantages de ces appareils sont si grands que depuis des années, les agences spatiales et les sociétés d’impression 3D ont collaboré pour tenter de résoudre les nombreuses complexités liées à la création d’objets en gravité minimale.

L’un des principaux avantages de l’impression 3D est notamment que les éléments dont vous avez besoin peuvent être créés sur place. Pour les voyageurs de l’espace, ce sera leur meilleure option. Contrairement à la série télévisée sur l'exploration spatiale, les chances qu'un membre d'équipage se téléporte sur une planète pour se réapprovisionner sont très improbables. Dans la plupart des cas, les astronautes devront être capables de créer leurs besoins à partir de ce qui se trouve à bord de l'engin. Voici quelques autres avantages à connaître.

Poids/coût inférieur

Le coût d'envoi d'une seule livre dans l'espace se chiffre en milliers de dollars. Il n'y a donc pas beaucoup de budget pour des appareils de réparation simples comme des clés, des tournevis et autres accessoires nécessaires, mais peut-être pas toujours nécessaires. L'impression 3D offre une alternative viable, plus rapide et moins coûteuse que l'envoi d'une fusée chargée de matériel en orbite.

Nouvelle conception d'outils

Un autre avantage considérable de cette imprimante 3D métal est sa capacité à créer de nouveaux outils et instruments au fur et à mesure de leur invention. Il est probable que les futurs voyageurs spatiaux auront besoin d'outils spécialement conçus pour évoluer dans des environnements rares et inimaginables. Les imprimantes 3D métal offriraient à ces équipages une flexibilité et une adaptabilité optimales pour mener à bien leurs missions.

Réduire les déchets

Ironiquement, l’élimination des déchets est l’un des éléments les plus essentiels des futures opérations de voyage spatial. Contrairement à la Terre, où vous pouvez jeter vos déchets sur le bord de la route en espérant qu'ils se dissolvent lentement dans l'environnement, les déchets spatiaux peuvent causer de sérieux problèmes aux futurs voyageurs.

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

Des imprimantes 3D métalliques avancées pourraient être utilisées pour fondre des objets déjà produits et réutiliser leurs matériaux pour fabriquer d’autres appareils. Imaginez un astronaute utilisant une clé avant de faire fondre l'objet et de l'imprimer dans un autre outil précieux nécessaire pour accomplir la tâche. Cette vision élimine les déchets inutiles et ouvre la porte à des voyages spatiaux plus sûrs à l’avenir.

et de recherche

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

L’avenir de l’impression 3D métal

L’avenir de l’impression 3D métal s’annonce prometteur. Ces avancées récentes, associées à une meilleure intégration de l’IA, continuent de réduire les obstacles techniques et financiers à cette technologie. Certains chercheurs envisagent notamment un avenir dans lequel les logements, les outils, les pièces détachées et même les organes humains seront imprimés.

Entreprises pionnières de l’impression 3D

L’industrie de l’impression 3D ne se résume pas à de simples fabricants d’imprimeries. De nombreuses entreprises se spécialisent dans les produits d’impression 3D avancés. Il existe des fournisseurs de matériaux de bobine, des concepteurs, des développeurs de logiciels et bien plus encore. Tous ces composants fonctionnent ensemble pour faciliter l’intégration de l’impression 3D. Voici quelques entreprises qui pourraient bénéficier des dernières recherches sur l’impression 3D dans l’espace.

1. Bureau en métal

(DM )

Desktop Metal est l'un des principaux fournisseurs de matériel d'impression 3D au monde. L'entreprise a été fondée en 2015 dans le but de rassembler les composants de l'industrie de l'impression 3D de l'époque. La société a notamment obtenu un financement de 438 millions de dollars auprès d'investisseurs de premier plan, notamment Google Ventures, BMW et Ford Motor Company.

Ce fabricant basé dans le Massachusetts conçoit des imprimantes 3D en métal et en fibre de carbone pour des clients industriels. Il compte actuellement parmi ses clients de grands constructeurs automobiles et aérospatiaux. À ce titre, l'entreprise jouit d'une reconnaissance considérable, notamment en figurant 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 investissement compte tenu du positionnement de l'entreprise sur le marché et de l'expansion du secteur de l'impression 3D métal. Ces facteurs, associés au solide soutien du projet, font de Desktop Metal un investissement judicieux et prometteur.

2. Eastman Chemical Company

(EMN )

La Eastman Chemical Company fournit des produits chimiques et autres matériaux nécessaires à l’impression 3D. Cette entreprise a la réputation de fournir des services et des produits de qualité aux clients industriels depuis sa fondation en 1920 par George Eastman. Aujourd’hui, elle reste une force pionnière sur le marché.

Notamment, Eastman Chemical Company a reçu de nombreuses distinctions pour ses réalisations passées. Par exemple, en 2013, l’American Chemistry Council (ACC) lui a décerné le très convoité prix « Responsible Care Company of the Year ». Ces facteurs font d’Eastman Chemical Company un ajout intelligent à tout portefeuille équilibré.

Impression 3D métal avancée – Une technologie prête à être déployée

L'impression 3D métal est l'option idéale pour les voyageurs spatiaux et les personnes travaillant dans des endroits difficiles d'accès, et ce pour de nombreuses raisons. La possibilité de créer et de produire des designs quasi infinis fait de ces outils un atout précieux pour toute opération. À l'avenir, le prix des imprimantes 3D continuera de baisser grâce aux progrès constants des matériaux et des procédés. Il est donc judicieux de se tenir informé des dernières avancées du secteur de l'impression 3D pour profiter de nouvelles opportunités.

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