News Lundi 7 décembre 2020 - 11:36

Un système d’impression 3D en orbite pour la NASA

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Spiderfab, impression 3D en orbite

Depuis le début de l’année 2013, la société américaine Tethers Unlimited travaille sur des systèmes d’impression 3D en orbite pour la NASA. Ce projet appelé « Spiderfab » a pour but de développer des systèmes d’impression 3D capables d’imprimer des structures de panneaux solaires, des satellites ou encore des antennes de très grande dimension dans l’espace. L’un de ces systèmes de fabrication additive est à l’essai. Nommée « Trusselator », cette machine imprime des panneaux solaires et des antennes grande dimension.

Imprimer en 3D des panneaux solaires dans l’espace

L’une des problématiques majeures que connaît le secteur aérospatial pour sa conquête de l’espace est la mise en place de structures de très grande dimension hors de la Terre. En effet, les méthodes de fabrication actuelles ne permettent pas de construire de grands équipements spatiaux dans l’espace et il serait extrêmement difficile et coûteux de transporter de telles machines. La fabrication additive est donc envisagée comme une solution, plus que viable. Et si ces structures étaient construites in situ ? C’est la réflexion portée par le projet Trusselator, de Tethers Unlimited. L’enjeux de cette expérience est de construire des structures de panneaux photovoltaïques pour alimenter en énergie les prochains projets de la NASA telle que la mission d’exploration sur Mars.

Le PDG de Tethers Unlimited a dressé un constat simple. Les méthodes de productions d’engins spatiaux actuels sont très limitantes. « C'est un processus très coûteux et très long. La taille des systèmes est quelque peu limitée par la taille des éléments déployables qu'il est possible de plier et d’installer dans une coiffe de lancement », a précisé Rob Hoyt. En effet, une grande partie de la masse des structures envoyées dans l’espace est en réalité le poids des outils mis en place pour que ces systèmes résistent au choc lors de leur mise en orbite. Les dispositifs doivent être d’une taille limitée et pensés pour pouvoir être envoyés dans l’espace. Une construction in situ permettrait alors de fabriquer des structures plus grandes, d’économiser plusieurs voyages – et donc du carburant, ainsi du CO2 et de réaliser des réductions de coûts – mais aussi d’optimiser la masse des dispositifs.

Face à un projet d’une telle ampleur, l’équipe d’ingénieurs de Tethers Unlimited a évidemment été confrontée à ces défis de conception. Tout d’abord, le système de fabrication additive se devait donc d’être léger et facile à transporter, de manière à pouvoir être envoyé dans l’espace. Ensuite, il devait répondre à son objectif premier qui est de construire des antennes et de panneaux solaires de la taille d’un stade de football. Pour ce faire, la société américaine a décidé de s’orienter vers l’impression 3D de dépôt de matière fondue (FDM). Le système développé est composé d’éléments imprimés en 3D, de stratification composite automatisée et de pièces robotisées pour la construction de structures de support pour les cellules solaires et les réflecteurs. Il a permis aux équipes de Tethers Unlimited de construire une maquette de structures de panneaux solaires en fibre de carbone lors de la phase I du projet, en 2013.

Le projet Spiderfab

Le projet Trusselator est issu d’un programme plus général de conquête de l’espace, le Spiderfab de Tethers Unlimited. Celui-ci consiste à créer un système de fabrication en orbite capable d’imprimer en 3D puis d’assembler des structures dans l’espace. Pour ce faire, les ingénieurs du fabricant américain ont décidé de s’inspirer de la manière dont une araignée tisse sa toile. Le robot Spiderfab a ainsi été imaginé. Ce dernier est doté de deux fonctions essentielles : un extrudeur qui permet d’imprimer des éléments en 3D et un appareil qui détourne les techniques d’impression 3D pour lier les pièces entre elles. Ce système devrait être capable d’imprimer des structures complexes comme des paraboles, des satellites ou encore des dispositifs qui pourraient permettre de faciliter la vision des exoplanètes ou permettre une meilleure communication dans l’espace.

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Spiderfab
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La fabrication additive également sur la lune

La société texane ICON travaille également sur des projets d’utilisation de systèmes de fabrication additive dans l’espace, et plus précisément sur la Lune. Elle a récemment reçu un financement de la NASA pour développer des techniques d’impression 3D afin de concevoir des bases lunaires à partir des matériaux disponibles sur la Lune tels que le régolithe. « Construire le premier habitat de l'humanité sur une autre planète sera le projet de construction le plus ambitieux de l’humanité. Il fera avancer la science, l'ingénierie, la technologie et l'architecture vers de nouveaux sommets », a déclaré Jason Ballard, co-fondateur et PDG d'ICON. « L'investissement de la NASA dans des technologies spatiales peut non seulement contribuer à faire progresser l'avenir de l'humanité, mais aussi à résoudre des problèmes très réels et délicats auxquels nous sommes confrontés sur Terre. Nous sommes honorés de commencer notre recherche et développement sur le « Projet Olympus » d'ICON et le Système de construction Olympus. »

Suite à ce financement, ICON testera un simulateur de sol lunaire avec diverses technologies de traitement et d'impression. Les tests aideront à concevoir, développer et démontrer des éléments prototypes pour un éventuel système de construction additive qui pourrait imprimer des infrastructures sur la Lune. La société américaine a engagé deux cabinets d'architecture : BIG-Bjarke Ingels et SEArch+ (Space Exploration Architecture), une société reconnue pour ses conceptions innovantes « centrées sur l'homme » pour l'exploration spatiale. SEArch+ est associée depuis plus de dix ans à la division Human Habitability du Johnson Space Center de la NASA, au centre de recherche de Langley. BIG a également travaillé sur de multiples concepts pour la Lune et Mars, au cours des dernières années.

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