Une imprimante 3D en métal construite par AddUp subira des tests de microgravité sur l’ISS

Le fabricant français d’imprimantes 3D industrielles AddUp a révélé qu’un nouveau système qu’il a aidé à développer devrait être lancé en orbite pour être testé à bord de la Station spatiale internationale (ISS).

Dans le cadre du projet “Metal3D” de l’Agence spatiale européenne (ESA), AddUp a construit la structure interne et les mécanismes d’une machine, conçue spécifiquement pour imprimer en 3D des pièces métalliques dans l’espace. Contrairement aux systèmes classiques à base de lit de poudre, le démonstrateur traiterait la charge d’alimentation en fil fixée à son cadre, l’empêchant de flotter et permettant à l’unité de fonctionner dans des conditions de microgravité.

Un rendu d’un système Metal3D simulé utilisé par les astronautes. Image via AddUp.

Le portefeuille d’impression terrestre d’AddUp

Au cours des six dernières années, AddUp a constitué un portefeuille autour de deux des principales technologies d’impression 3D métal de l’industrie : la fusion sur lit de poudre (PBF) et le dépôt à énergie dirigée (DED). Dans le premier cas, l’entreprise a lancé l’année dernière son système phare FormUp 350, une machine conçue spécifiquement pour répondre aux défis de la fabrication industrielle tels que la sécurité, la productivité et la qualité.

Depuis lors, AddUp a installé le FormUp 350 à l’Ohio State University, où les étudiants et le personnel ont commencé à travailler sur les moyens d’optimiser ses performances. La société a également lancé récemment trois nouveaux packages de surveillance des processus, afin de renforcer les capacités de la machine. Composée de tableaux de bord AddUp, de Recoat Monitoring et de Meltpool Monitoring, la suite est conçue pour offrir aux utilisateurs une confiance accrue dans la qualité des pièces et libérer le potentiel d’utilisation finale du système.

En ce qui concerne le côté DED de son activité, AddUp a hérité d’une grande partie de son offre de son acquisition de BeAM Machines en juin 2018. Toujours vendues avec la marque BeAM, les imprimantes 3D Modulo 250 et Modulo 400 de l’entreprise adoptent une technologie légèrement différente, avec le premier est orienté vers les applications de R&D, et le second contient des spécifications renforcées censées lui donner des capacités de niveau industriel.

Fort de sa gamme de machines DED et PBF, dont près de 40 ont été installées dans ses bases françaises de Strasbourg et Salon de Provence, AddUp continue de rechercher de nouvelles applications. Bien que cela ait auparavant amené l’entreprise à la périphérie du secteur aérospatial et qu’elle ait développé des pièces telles que des échangeurs de chaleur, son projet ESA la voit maintenant construire une imprimante 3D orbitale à part entière.

Ingénieurs CDME utilisant leur imprimante 3D AddUp nouvellement installée.
Ingénieurs du CDME utilisant une imprimante 3D AddUp FormUp. Photo via AddUp.

Tester une imprimante 3D métal orbitale

Lancé par l’ESA, dans le but de créer le premier système au monde capable d’imprimer en 3D avec des alliages en orbite, le projet Metal3D le verra travailler avec différents partenaires pour identifier l’impact de la microgravité sur les propriétés des pièces produites.

Pour y parvenir, l’ESA a commandé la construction de deux démonstrateurs identiques, l’un étant construit et exploité à Toulouse aux côtés d’Airbus, et l’autre lancé vers le module Columbus de l’ISS. Naturellement, afin de permettre une évaluation précise des conditions orbitales sur les composants imprimés en métal, le système est en cours de développement pour fonctionner à la fois sur Terre et dans des conditions de microgravité.

Parmi les autres partenaires chargés de permettre au programme d’atteindre ses objectifs, citons une équipe de l’Université de Cranfield, qui supervise les systèmes d’acheminement de l’énergie et des matériaux de l’unité, et Highftech, un spécialiste de la R&D chargé de s’occuper de la construction de l’enceinte de la machine en plus à sa gestion fluide.

Pour sa part dans la mission, AddUp a non seulement développé certains composants internes de l’unité, mais l’automate programmable industriel (PLC) utilisé pour la contrôler, ainsi que l’interface qui lui permettra de communiquer. Selon Alexandre Piaget, ingénieur R&D d’AddUp, l’entreprise a également joué un rôle clé dans les étapes de pré-planification du projet Metal3D, qui “ont jeté les bases de ce qu’est la machine aujourd’hui”.

Équipage travaillant à l'intérieur de la Station spatiale internationale.  Photo via NatGeo / ISS : 24/7 SUR UNE STATION SPATIALE
Équipage travaillant à l’intérieur de la Station spatiale internationale. Photo via NatGeo / ISS : 24/7 SUR UNE STATION SPATIALE.

« AddUp joue un rôle important dans la réalisation de cette mission, mais son implication dans le projet remonte à la phase d’avant-projet où la faisabilité du projet devait être démontrée », explique Piaget. “Dans la version finale de la machine, AddUp sera en charge des axes mobiles, des pièces de structure et du logiciel de la machine.”

En ce qui concerne la machine elle-même, on dit qu’elle est capable de surmonter les problèmes qui empêchent les imprimantes 3D ordinaires d’être utilisées dans l’espace, c’est-à-dire les risques posés par la poudre fine flottant depuis la zone de construction. Le système accomplit cela en utilisant un processus de combinaison fil-laser (W-DED), qui voit les alliages fixés en place, avant d’être fusionnés au laser sur une table qui se déplace le long de 3 axes linéaires et 1 axe rotatif.

L’imprimante 3D est également prévue pour fonctionner sous atmosphère d’azote, afin de limiter l’oxydation des matériaux et de réduire les risques de combustion. De plus, compte tenu de la pénurie d’azote sur l’ISS, le système est équipé d’un système de filtrage et fonctionnalité de refroidissement, pour limiter la consommation et recycler un maximum de gaz.

Bien que la machine ne devrait pas être mise en orbite avant février 2023, AddUp a révélé qu’elle développait déjà une machine inspirée de Metal3D avec Airbus, ce qui “permettra aux développements de cette technologie de se poursuivre”.

Ceux qui souhaitent en savoir plus sur les progrès de Metal3D peuvent consulter les mises à jour de l’impression 3D orbitale d’AddUp via sa chaîne YouTube, et il s’est engagé à fournir davantage de ces informations dans les semaines et les mois à venir.

Avant le projet IMPERIAL, le consortium ESA a développé une imprimante 3D compatible avec la microgravité dans le cadre du projet MELT.  Photo via BEEVERYCREATIVE.
Avant son projet Metal3D, l’ESA a développé une imprimante 3D compatible avec la microgravité dans le cadre du « projet MELT ». Photo via BEEVERYCREATIVE.

La course à l’impression 3D en microgravité

L’ISS est devenue un foyer de recherche sur l’impression 3D ces dernières années, sur lequel des chercheurs commerciaux et universitaires ont cherché à tester des technologies émergentes dans des conditions de microgravité. En collaboration avec un autre consortium de partenaires dans le cadre du “Project MELT”, l’ESA a également développé une imprimante 3D à microgravité polymère, qui a également été conçue pour les tests hors monde de l’ISS.

Sur le front de la bio-impression 3D, CELLINK s’est associé à ce qui était Made in Space (et est maintenant Redwire) en 2019, pour identifier les opportunités potentielles de bio-impression orbitale à bord de l’ISS. À l’époque, on prévoyait que le projet pourrait avoir un impact réel sur le dépistage des drogues et la recherche sur le cancer menées ici sur Terre.

Ailleurs, dans une expérience plus récente menée par des chercheurs de l’Iowa State University, une nouvelle imprimante 3D électronique à gravité zéro a été testée à bord d’un avion réaménagé. En faisant continuellement voler l’avion de haut en bas à des angles de 45º, l’équipe a pu (au sommet de cette courbe) effectuer des tests tout en faisant l’expérience de courtes périodes d’apesanteur en microgravité.

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L’image en vedette montre un rendu d’un système Metal3D simulé utilisé par les astronautes. Image via AddUp.

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