Ce clip vidéo montre une technique d'impression 3D où une tête d'impression scanne chaque couche d'une pièce, soufflage de poudre métallique qui est fondue par un laser. C'est l'une des nombreuses façons dont les pièces sont imprimées en 3D au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, mais n'a pas été utilisé pour créer les pièces à bord du rover Persévérance. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Si vous voulez voir la science-fiction à l'œuvre, visiter un atelier d'usinage moderne, où les imprimantes 3D créent des matériaux dans à peu près toutes les formes que vous pouvez imaginer. La NASA explore la technique - connue sous le nom de fabrication additive lorsqu'elle est utilisée par des ingénieurs spécialisés - pour construire des moteurs de fusée ainsi que des avant-postes potentiels sur la Lune et Mars. Plus proche dans le futur est une étape différente :le rover Perseverance de la NASA, qui atterrit sur la planète rouge le 18 février, 2021, porte 11 pièces métalliques réalisées par impression 3D.
Au lieu de forger, moulage, ou des matériaux de coupe, L'impression 3D repose sur des lasers pour faire fondre la poudre en couches successives pour donner forme à quelque chose. Cela permet aux ingénieurs de jouer avec des conceptions et des caractéristiques uniques, comme l'allègement du matériel, plus forte, ou sensible à la chaleur ou au froid.
"C'est comme travailler avec du papier mâché, " dit André Pate, le chef de groupe pour la fabrication additive au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. "Vous construisez chaque entité couche par couche, et bientôt vous avez une partie détaillée."
Curiosité, Le prédécesseur de Persévérance, a été la première mission à amener l'impression 3D sur la planète rouge. Il a atterri en 2012 avec une pièce en céramique imprimée en 3D à l'intérieur de l'instrument d'analyse d'échantillons sur Mars (SAM) du rover. La NASA a depuis continué à tester l'impression 3D pour une utilisation dans les engins spatiaux pour s'assurer que la fiabilité des pièces est bien comprise.
En tant que "structures secondaires, " Les pièces imprimées de Persévérance ne mettraient pas en péril la mission si elles ne fonctionnaient pas comme prévu, mais comme l'a dit Pate, "Faire voler ces pièces vers Mars est une étape importante qui ouvre un peu plus la porte à la fabrication additive dans l'industrie spatiale."
La coque extérieure de PIXL, l'un des instruments à bord du rover Perseverance Mars de la NASA, comprend plusieurs pièces en titane imprimé en 3D. L'encart montre la moitié avant de la partie de coque en deux parties qu'elle a été finie. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Une coque pour PIXL
Sur les 11 pièces imprimées allant sur Mars, cinq sont dans l'instrument PIXL de Persévérance. Abréviation de l'instrument planétaire pour la lithochimie aux rayons X, l'appareil de la taille d'une boîte à lunch aidera le rover à rechercher des signes de vie microbienne fossilisée en tirant des faisceaux de rayons X sur les surfaces rocheuses pour les analyser.
PIXL partage l'espace avec d'autres outils dans la tourelle rotative de 88 livres (40 kilogrammes) à l'extrémité du bras robotique de 7 pieds de long (2 mètres de long) du rover. Pour rendre l'instrument le plus léger possible, l'équipe JPL a conçu la coque en titane en deux parties de PIXL, un cadre de montage, et deux entretoises de support qui fixent la coque à l'extrémité du bras pour qu'elle soit creuse et extrêmement mince. En réalité, les parties, qui ont été imprimés en 3D par un fournisseur appelé Carpenter Additive, ont trois ou quatre fois moins de masse que s'ils avaient été produits de manière conventionnelle.
"Dans un sens très réel, L'impression 3D a rendu cet instrument possible, " a déclaré Michael Schein, Ingénieur principal en mécanique de PIXL au JPL. "Ces techniques nous ont permis d'obtenir une faible masse et un pointage de haute précision qui ne pourraient pas être réalisés avec une fabrication conventionnelle."
Cette image radiographique montre l'intérieur d'une pièce imprimée en 3D à l'intérieur de l'instrument MOXIE de Perseverance. L'air martien sera transporté à l'intérieur des minuscules canaux au centre de cette partie, où ils seront préchauffés. Des images radiographiques comme celles-ci sont utilisées pour vérifier les défauts à l'intérieur des pièces ; dans ce cas, les ingénieurs ont vérifié que les canaux étaient exempts de poudre d'impression 3D. Crédit :NASA/JPL-Caltech
MOXIE fait monter la température
Les six autres pièces imprimées en 3D de Perseverance se trouvent dans un instrument appelé Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment, ou MOXIE. Cet appareil testera une technologie qui, à l'avenir, pourrait produire des quantités industrielles d'oxygène pour créer du propulseur de fusée sur Mars, aider les astronautes à retourner sur Terre.
Pour créer de l'oxygène, MOXIE chauffe l'air martien jusqu'à près de 1, 500 degrés Fahrenheit (800 degrés Celsius). À l'intérieur de l'appareil se trouvent six échangeurs de chaleur, des plaques en alliage de nickel de la taille d'une paume qui protègent les parties clés de l'instrument des effets des températures élevées.
Alors qu'un échangeur de chaleur usiné de manière conventionnelle devrait être composé de deux parties et soudées ensemble, Les MOXIE ont été chacun imprimés en 3D en une seule pièce à Caltech à proximité, qui gère JPL pour la NASA.
"Ces types de pièces en nickel sont appelés superalliages car ils conservent leur résistance même à des températures très élevées, " dit Samad Firdosy, un ingénieur en matériaux au JPL qui a aidé à développer les échangeurs de chaleur. "Les superalliages se trouvent généralement dans les moteurs à réaction ou les turbines génératrices d'électricité. Ils résistent très bien à la corrosion, même quand il fait très chaud."
Bien que le nouveau processus de fabrication offre une commodité, chaque couche d'alliage que l'imprimante dépose peut former des pores ou des fissures qui peuvent affaiblir le matériau. Pour éviter cela, les plaques ont été traitées dans une presse isostatique chaude - un broyeur à gaz - qui chauffe le matériau à plus de 1, 832 degrés Fahrenheit (1, 000 degrés Celsius) et ajoute une pression intense uniformément autour de la pièce. Puis, les ingénieurs ont utilisé des microscopes et de nombreux tests mécaniques pour vérifier la microstructure des échangeurs et s'assurer qu'ils étaient adaptés aux vols spatiaux.
"J'aime beaucoup les microstructures, " a déclaré Firdosy. "Pour moi, voir ce genre de détail lorsque le matériel est imprimé, et comment il évolue pour faire de cette partie fonctionnelle qui s'envole vers Mars, c'est très cool."
