Les bras robotiques jumeaux travaillent ensemble dans le cadre d'un projet pour construire ce qui sera le plus grand, l'objet le plus complexe jamais imprimé en 3D en titane :une version test du "banc optique" de 3 m de diamètre au cœur de l'observatoire à rayons X Athena de l'ESA.

Le premier bras robotique multi-axes construit chaque nouvelle couche de métal à l'aide d'un laser pour faire fondre la poudre de titane. Le deuxième bras robotisé élimine ensuite immédiatement les imperfections à l'aide d'un outil de fraisage refroidi par cryogénie. Le banc lui-même est placé sur un plateau tournant de 3,4 m de diamètre se déplaçant lentement.

"L'ESA s'est associée à l'institut allemand Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des faisceaux pour cette activité exploratoire, " explique Johannes Gumpinger, ingénieur matériaux et procédés de l'ESA. " La conception finale du banc optique d'Athena reste à décider, mais s'il sera construit en titane, alors sa taille et sa complexité sont telles qu'il ne pourrait pas être construit d'une autre manière."

En raison du lancement en 2031, La mission Athena de l'ESA sondera 10 à 100 fois plus profondément dans le cosmos que les précédentes missions à rayons X, pour observer le plus chaud, objets célestes de haute énergie.

La mission nécessite une toute nouvelle technologie d'optique à rayons X, avec des piles de « modules miroir » soigneusement disposés pour capturer et focaliser les rayons X à haute énergie.

Le banc optique aligne et sécurise environ 750 modules de miroirs dans une structure complexe avec de nombreuses poches profondes qui se rétrécissent jusqu'à une hauteur maximale de 30 cm. Sa forme générale doit être précise à une échelle de quelques dizaines de micromètres – ou millièmes de centimètre.

"La complexité du banc optique nécessite que chaque ajout soit fraisé immédiatement après l'impression, " commente André Seidel, superviser le projet à l'Institut Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des faisceaux. "Toute modification ultérieure pourrait risquer d'introduire une contamination, affaiblissant le titane de qualité spatiale.

"De la même manière, l'ensemble du processus a été conçu pour minimiser tout risque de contamination. La poudre de titane est balayée dans le laser à l'aide du gaz noble argon qui empêche également toute contamination par l'air. Et l'outil de fraisage est maintenu au frais à l'aide de dioxyde de carbone liquide qui s'évapore en se réchauffant, empêchant tout dépôt nocif sur la surface métallique fraîchement posée."

Des capteurs de précision détectent immédiatement tout élément hors tolérance pour le fraisage ou une réparation plus importante, y compris le fraisage pour la réimpression.

Des segments plus petits ont été fabriqués jusqu'à présent, avec un banc optique de démonstration de 1,5 m de diamètre qui suivra. Le banc à grande échelle de 3 m devrait prendre environ un an à produire.

"Ce sera une tâche énorme, prendre beaucoup de temps et d'énergie, " ajoute Johannes. " Mais si on y arrive, ce sera le plus grand objet en titane jamais imprimé en 3D - et le processus sera disponible pour fabriquer d'autres grandes pièces, potentiellement dans d'autres métaux."

Le projet est soutenu par l'élément de développement technologique de l'ESA dans le cadre de l'initiative de fabrication avancée de l'agence, exploiter de nouveaux matériaux et procédés pour le secteur spatial.

Le mois dernier, plus de 150 experts de toute l'Europe se sont réunis au cœur technique de l'ESA aux Pays-Bas pour partager les derniers résultats des projets de fabrication avancée de l'ESA couvrant des sujets tels que l'impression 3D et les derniers matériaux composites ainsi que le soudage par friction-malaxage.