Impression de pièces détachées en apesanteur

Apr 30, 2023

Une imprimante 3D métal sera à bord lorsque le prochain équipage se dirigera vers la Station spatiale internationale, ISS. À long terme, l'imprimante sera utilisée pour fabriquer des pièces de rechange dans l'espace, mais elle fournira également de nouvelles connaissances importantes qui peuvent conduire à une meilleure utilisation des ressources sur Terre.

Depuis une station spatiale à des centaines de kilomètres au-dessus de la surface de la Terre, il y a, comme le souligne John Leif Jørgensen, professeur au DTU et expert en technologies et instruments spatiaux, un long chemin jusqu'à l'atelier si vous avez soudainement besoin d'une pièce de rechange que vous n'avez pas en stock. Une imprimante 3D métal pourrait s'avérer être la solution à ce défi.

C'est exactement pourquoi les gens de la mission Huginn, dirigée par l'astronaute danois Andreas Mogensen, vont tester une toute nouvelle imprimante sur l'ISS. L'imprimante a été développée à cet effet par le constructeur aéronautique européen Airbus pour l'Agence spatiale européenne, l'ESA. "Une telle imprimante peut produire exactement les bits dont vous avez besoin là-haut", déclare John Leif Jørgensen.

L'imprimante est équipée d'une buse qui projette un fil en acier inoxydable. Un faisceau laser fait fondre le fil pendant que l'imprimante se déplace, créant le motif sélectionné et construisant l'objet pour lequel l'imprimante a été réglée.

"Techniquement, ce n'est qu'un petit fil de soudure que l'on fait fondre avec un faisceau laser. Mais cela permettra de produire des objets compliqués loin d'un hall de production conventionnel", explique le professeur.

La visite à l'ISS donnera à Airbus un aperçu important des changements qui pourraient être nécessaires pour rendre l'imprimante prête à fabriquer des pièces de rechange dans l'espace à plus grande échelle.

Dans le cadre du projet, les astronautes imprimeront des copies d'une structure de 5 cm de haut soigneusement conçue. Des chercheurs du DTU ont produit des modèles similaires sur Terre. Au retour de l'équipage Huginn, les chercheurs effectueront des mesures précises des deux modèles imprimés pour déterminer les différences qui pourraient exister entre eux.

"Tout ce qui est fabriqué sur Terre est affecté par la gravité. Cela signifie que les effets physiques peuvent différer le long et à travers la gravité. L'un de ces effets est que les objets sont souvent chauffés et refroidis différemment lorsqu'ils sont traités, créant une tension interne, qui à son tour peut entraîner la déformation des matériaux. L'absence de gravité sur l'ISS minimisera ces tensions intégrées dans les figures imprimées", explique John Leif Jørgensen.

Cartographier les différences entre les objets imprimés sur Terre et dans l'espace aidera les scientifiques à trouver de meilleures réponses aux questions fondamentales sur le comportement des métaux dans différentes conditions thermiques et mécaniques.

Cette compréhension plus approfondie de la physique des matériaux peut, par exemple, être utilisée pour réduire la marge de sécurité que les fabricants d'objets métalliques utilisent ici sur Terre - et ainsi réduire la consommation de ressources, explique John Leif Jørgensen : "Par exemple, les pièces pour, par exemple, les avions sont construites beaucoup plus solides que nécessaire parce que nous ne savons pas exactement comment les matériaux se comportent. Cela s'applique évidemment aussi aux voitures et aux vélos, etc. la marge de sécurité et se rapprocher de la limite."

Deux autres projets DTU seront impliqués dans la mission Huginn, dont le lancement est prévu en août.

L'un des projets testera la réalité virtuelle (RV) comme outil de stimulation du bien-être mental lors d'une mission spatiale. Un consortium dirigé par DTU fournira un système VR capable de transporter des astronautes dans des endroits paisibles, comme un ruisseau qui coule dans une forêt, et d'améliorer ainsi le bien-être mental des astronautes lors de longues missions.

C'est un défi de développer des équipements qui fonctionneront dans l'espace. Les systèmes VR disponibles utilisent la gravité pour s'assurer que l'univers présenté à l'utilisateur est correctement orienté et qu'il s'affiche sans que les images ne "scintillent" lorsque, par exemple, les astronautes tournent la tête.

Par conséquent, il faudra beaucoup de travail pour développer un système qui fonctionne aussi bien en apesanteur, évitant ainsi de rendre les astronautes malades. Cependant, si cela fonctionne comme prévu, cela ouvrira les portes à une application plus large de la réalité virtuelle dans l'espace pour la pratique, la formation et le divertissement.

Dans le deuxième projet, Andreas Mogensen continuera à capturer la puissante foudre qui émane des nuages ​​​​d'orage et atteint une hauteur de 50 kilomètres - et qu'il a capturée en vidéo lors de sa première brève mission en 2015.

Pour la nouvelle mission, DTU Space équipera l'astronaute danois d'un système de caméra bien meilleur capable de capturer jusqu'à 100 000 images par seconde avec un contraste sans précédent de l'incroyable activité électrique, offrant ainsi un nouvel aperçu et de nouvelles perspectives sur ce phénomène.

Les nombreuses nouvelles images, ainsi que les données recueillies auprès de l'observatoire spatial danois du climat ASIM, dont DTU Space est responsable de la gestion scientifique, fourniront aux chercheurs du DTU plus de connaissances sur la façon dont la foudre affecte la concentration de gaz à effet de serre dans l'atmosphère et donc le climat de la Terre.

Ces connaissances permettront, par exemple, aux chercheurs d'améliorer nos modèles climatiques.

Fourni par l'Université technique du Danemark