L’impression 3D dans le secteur aérospatial ne se résume pas à de gros équipements industriels à six chiffres. Les imprimantes 3D de bureau jouent dans cette industrie un rôle tout aussi important. C’est ce que nous démontre la filiale de Stratasys, MarkerBot, qui a récemment révélé comment le géant américain du spatial Lockheed Martin, tirait partie de ses machines pour produire des pièces et des conceptions pour ses prochains projets spatiaux. On apprend que depuis environ cinq ans les ingénieurs de Lockheed Martin s’appuient sur ses imprimantes 3D pour développer tout un tas de projets, dont son fameux rover lunaire.
Entièrement autonome, ce véhicule qui pourrait être utilisé pour le programme Artemis de la NASA, comporte certains éléments qui sont réalisés dans le centre de R&D de pointe de Lockheed Martin à Palo Alto, en Californie, l’Advanced Technology Center (ATC) dans lequel on trouve un laboratoire rempli d’imprimantes 3D. Le dernier ajout au laboratoire d’impression 3D de l’ATC est la plateforme d’impression 3D MakerBot METHOD X.
Avec METHOD X, l’équipe peut imprimer des pièces dans des matériaux tels que la fibre de carbone de nylon et l’ABS, ce qui leur donne la performance dont ils ont besoin pour des tests précis. Sa chambre chauffée lui permet en outre de réaliser des pièces dimensionnellement précises, sans les déformations qui peuvent parfois se produire avec les imprimantes 3D qui n’en sont pas équipées.
« À l’ATC, nous disposons de plusieurs imprimantes MakerBot qui contribuent à la rapidité des délais d’exécution « , explique Aaron Christian, ingénieur mécanique principal chez Lockheed Martin Space. « Je peux concevoir une pièce, l’imprimer et l’avoir en main quelques heures plus tard. Cela me permet de tester rapidement la pièce imprimée en 3D, d’identifier les points faibles, d’ajuster le modèle, de le renvoyer à l’impression pendant la nuit, puis de procéder à l’itération suivante dans la matinée. L’impression 3D me permet de faire de la conception rapide et itérative, ce qui réduit le temps d’attente pour une pièce de plusieurs semaines à quelques heures. »
« Ce banc d’essai modulaire abordable nous permet d’apporter des modifications rapides grâce à l’impression 3D »
Christian explique notamment comment avec ses coéquipiers, ils utilisent la METHOD X pour imprimer un certain nombre de pièces pour le prototypage et la preuve de concept pour le projet de Rover, y compris le boîtier des systèmes embarqués, les supports de capteurs et d’autres pièces personnalisées. « La MakerBot METHOD X produit des pièces à tolérance dimensionnelle dès sa sortie de la boîte – et pour toutes sortes de projets, vous pouvez imprimer plusieurs pièces qui peuvent s’accoupler. » Commente t-il.
Nombre de ces pièces sont imprimées en ABS MakerBot et conçues pour résister à la chaleur du désert, à l’exposition aux UV, à l’humidité et à d’autres conditions environnementales. En combinaison avec les supports solubles Stratasys SR-30, les pièces imprimées avec l’ABS de MakerBot sont conçues pour offrir une finition de surface plus lisse par rapport aux supports dissolvables. L’impression avec des supports solubles permet en outre d’obtenir des formes plus organiques qu’il aurait été impossible de produire par usinage traditionnel.
« Nous en sommes aux tout premiers stades du développement et le rover que nous avons à l’ATC est un banc d’essai que nous avons conçu et développé en interne. Ce banc d’essai modulaire abordable nous permet d’apporter des modifications rapides grâce à l’impression 3D afin de modifier la conception pour d’autres applications, qu’il s’agisse d’applications militaires, de recherche et de sauvetage, d’applications nucléaires ou simplement de besoins d’autonomie en environnement extrême« , a déclaré Christian.
L’une des pièces imprimées pour le rover était un support pour un LIDAR, un capteur qui peut aider à déterminer la proximité des objets qui l’entourent. Largement utilisé dans les véhicules à conduite autonome, Lockheed Martin utilise le LIDAR dans un grand nombre de ses projets d’autonomie. Le support a été conçu pour être installé sur le rover, un système robotique entièrement modulaire. Il a donc été imprimé en ABS, ce qui lui permet de résister à des conditions plus extrêmes que le PLA classique. Le support permet également aux ingénieurs de remplacer en permanence le LIDAR par différents capteurs, tels qu’une caméra stéréo, une antenne directionnelle, une caméra RVB ou un télémètre. Il a une forme organique complexe, ce qui peut être difficile à réaliser par usinage traditionnel. Le support présente également de nombreux accès pour assurer une circulation d’air adéquate afin de maintenir la pièce fraîche et la température régulée sur les robots.
« Vous savez maintenant qu’à l’avenir, vous pourrez imprimer en 3D cette même pièce dans l’espace »
Lockheed Martin utilise METHOD X pour imprimer un certain nombre de pièces pour le prototypage et la preuve de concept pour le projet de rover, y compris le boîtier des systèmes embarqués, les supports de capteurs et d’autres pièces personnalisées. (crédits photos MakerBot)
Le boîtier de l’électronique embarquée est conçu pour être installé à l’intérieur du rover ou dans d’autres robots de l’ATC. Le boîtier a été conçu pour protéger l’électronique de tout ce qui pourrait lui tomber dessus. Bien qu’il ait été imprimé en PLA, sa forme hexagonale lui confère une grande solidité. Sa conception se prête également bien au flux d’air ouvert nécessaire pour refroidir le système tout en protégeant l’appareil.
En plus de l’impression de prototypes, Lockheed Martin utilise l’impression 3D pour les pièces de production qui seront intégrées à diverses plateformes spatiales. « Un grand avantage pour tester et faire voler des pièces imprimées en 3D pour des applications spatiales est que cela simplifie la conception. Vous pouvez créer des formes plus complexes. Cela réduit le nombre d’attaches nécessaires et le nombre de pièces, ce qui représente une énorme économie car c’est une pièce de moins qui doit être testée ou assemblée« , note Christian. « Cela ouvre également la voie à un futur assemblage in situ dans l’espace. Vous avez conçu, imprimé et testé la pièce sur Terre. Vous savez maintenant qu’à l’avenir, vous pourrez imprimer en 3D cette même pièce dans l’espace, car vous avez démontré que le matériau et la pièce fonctionnent dans l’espace. »
La fabrication dans l’espace est coûteuse mais attrayante pour les applications et missions futures. L’impression 3D aujourd’hui offre la possibilité d’envoyer des matériaux dans l’espace afin de les utiliser pour imprimer en 3D plusieurs pièces et structures, plutôt que d’envoyer chaque pièce séparément. Combinée à un inventaire numérique des pièces, l’impression 3D dans l’espace permet en outre de réduire les coûts en supprimant le stockage et les voyages multiples, qui rendent les vols si coûteux. « Le concept d’inventaire numérique contribue à faire avancer notre transformation numérique – vous avez des conceptions numériques que vous pouvez expédier, où il vous suffit d’imprimer les pièces et de les faire assembler sur place« , ajoute Christian.
