Comment fonctionne la Zero-G, l'imprimante 3D de l'ISS
Le 19/07/2019 à 12h32
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Question d'origine :
Bonjour, J'ai fait quelques recherches sur le fonctionnement de la Zero-G, l'imprimante 3D se trouvant actuellement sur la Station Spatiale internationale. Je sais bien comment fonctionne une imprimante 3D normale, mais je n'ai trouvé aucun document technique expliquant le fonctionnement de la Zero-G. Est-ce que ça serait dû au fait qu'elle soit encore breveté ? Ou n'ai-je tout simplement pas trouvé le bon site ? Je vous remercie par avance et merci encore pour votre travail de grande qualité !
Réponse du Guichet
gds_ctp
- Département : Equipe du Guichet du Savoir
Le 22/07/2019 à 10h29
Bonjour,
Selon ses concepteurs, les ingénieurs de l'entreprise Made in Space (MIS), la création de la Zero-G fut un défit technologique :
« Cependant, le développement de cette imprimante ne fut pas une mince affaire. Il a fallu répondre auxcontraintes physiques qu'induit l'absence de pesanteur . « Made in Space a testé des douzaines d'imprimantes 3D du commerce lors de vols paraboliques en 2011. Aucune n'a fonctionné dans cet environnement de microgravité simulée, ce qui nous a amenés à développer notre propre imprimante. » Lors de ces vols paraboliques, Made in Space dit avoir effectué plus de 500 cycles de 20 secondes simulant l'absence de gravité. C'est ainsi que l'entreprise a pu valider le fonctionnement de son imprimante dans des conditions proches de celles de la vie dans l'espace.
Grant Loweryne souhaite pas entrer dans le détail des solutions techniques pour des raisons liées à la propriété intellectuelle du projet. Néanmoins, il nous dévoile les points clés sur lesquels les ingénieurs ont planché. « Toutes les imprimantes conçues sur Terre prennent en compte la gravité, ce qui signifie que la gravité maintient en place certaines pièces. En condition de microgravité, les pièces bougent ou flottent, et même le mouvement le plus infime d'une pièce de l'imprimante 3D peut ruiner une impression. Il nous a fallu créer une imprimante insensible à la gravité pour fonctionner dans l'espace . » Autre problématique cruciale, la gestion de la température . « Les caractéristiques thermiques fonctionnent différemment en microgravité. Nous avons dû concevoir notre imprimante de telle sorte que les pièces chaudes restent chaudes et que les pièces froides restent froides. » »
(Source : futura-science.com)
Selon le même article, l’accent a été mis également sur la résistance « aux vibrations et aux changements de pression d'un lancement dans l'espace, puis fonctionner sans encombre en microgravité. […] « La plupart des imprimantes 3D du commerce ne résisteraient pas aux contraintes d'un lancement », explique Grant Lowery, porte-parole de Made in Space. »
Nous ne pouvons guère vous en dire plus, car, comme nous l'avons vu, MIS est discrète sur les détails techniques de ses machines, comme vous le suggériez dans votre question…Nous pouvons toutefois préciser que selon aniwaa.fr, « L’imprimante 3D Zero G de Made in Space utilise latechnologie de dépôt de filament fondu », technologie décrite sur une page de 3dnatives.com :
« Cette technique est souvent considérée comme la méthode existante la plus basique. Le FDM repose sur 3 éléments principaux : un plateau d’impression sur lequel est imprimé la pièce, une bobine de filament qui sert de matériau d’impression et une tête d’extrusion également appelé extrudeur. Pour résumer, le filament est entrainé et fondu par l’extrudeur de l’imprimante 3D, celui-ci dépose le matériau de manière précise couche par couche sur le plateau .
Qui dit « impression 3D » dit « modèle 3D »: tout commence par la conception de l’objet à partir d’un logiciel de CAO (comme SolidWorks, TinkerCAD ou Blender par exemple). Le fichier 3D obtenu, le plus souvent au format .STL, est découpé en plusieurs couches via un logiciel dénommé « slicer » (comme Makerware, Cura ou Repetier) dans lequel il est possible de sélectionner les divers paramètres de l’impression. Une fois configurée, l’impression est alors lancée.
L’impression 3D démarre par lamise à température de la machin e (autour de 200°C), nécessaire pour la fusion de la matière. Parmi les matériaux d’impression 3D populaires en dépôt de matière fondue, on retrouve notamment le PLA (acide polyactique) et l’ABS (Acrylonitrile butadiène styrène).
Une fois la machine chauffée,un filament de matière de 1,75mm ou 2,85mm de diamètre, est alors extrudé sur la plateforme à travers une buse se déplaçant sur 3 axes, x, y et z. La plateforme descend d’un niveau à chaque nouvelle couche appliquée, jusqu’à impression de l’objet. »
Le dépôt de filament de l’imprimante Zero-G est visible dans la vidéo ci-dessous, à 0’38’’ et à 3’20’’ environ :
Suite aux premiers tests d’impressions en apesanteur, l’ISS s’est en 2016 dotée d’une nouvelle imprimante 3-D, l’AMF :
« En février 2016, une autre imprimante, conçue par Altran, Thales Alenia Space et l’Institut italien de technologie, a réalisé sa première pièce de test en acide polylactique (PLA), un polymère biodégradable. En avril de la même année, l’Additive manufacturing facilit y (AMF), un véritable centre de production fonctionnel signé MIS, a rejoint l’ISS de façon pérenne. Dotée d’un volume d’impression de 14 x 10 x 10 cm, cette machine utilise, outre l’ABS, du polyéthylène (PE) et un mélange de polyétherimide (PEI) et polycarbonate (PC). On lui doit, en juin 2016, le premier outil jamais produit dans l’espace à partir de fichiers 3D envoyés depuis la Terre : une clé anglaise munie d’un mousqueton destinée à réaliser des réparations extra-véhiculaires. »
(Source : industrie-techno.com)
L’AMF a l’avantage d’avoir de plus grandes dimensions que la Zero-G, mais aussi d’être plus polyvalente :
« Si la Zero G disposait d’un volume de fabrication assez réduit (10 x 5 x 5cm), celui de l’AMF atteint les 18 x 14 x 10 cm, pour une résolution de 75 microns en épaisseur de couche. L’imprimante 3D est compatible avec plusieurs matériaux plastiques : l’ABS, l’HDPE, le PEI/PC. « L’AMF est conçue pour fonctionner avec une large gamme de matériaux extrudables comprenant des polymères souples et composites. Elle sera en mesure de fabriquer des objets plus grands, plus complexes et plus rapidement, avec une précision plus fine, et avec de multiples matériaux de qualité aéronautique. » A déclaré Made In Space sur son site.
Contrairement aux imprimantes 3D classiques, l’AMF est équipée de ventilateurs et d’appareils de chauffage spéciaux pour compenser les écarts de température, la pression atmosphérique, et l’absence de gravité. L’imprimante utilise également des matériaux ignifuges pour éviter tout risque d’explosions à bord. Made In Space reste le propriétaire de la machine, la NASA et les autres clients potentiels devront payer pour l’utiliser. »
(Source : primante3d.com)
Mais on n’arrête pas le progrès : selon nasa.gov que la relève de l’imprimante 3D est déjà en phase d’expérimentation, puisque l’ISS est équipée depuis février 2019 d’un prototype du «Refabricator », non seulement capable d’imprimer des pièces en trois dimensions à base de toutes sortes de polymères, mais aussi de recycler les déchets plastiques de l’équipage afin de produire de nouvelles pièces à l’infini.
Sachez enfin que les résultats des tests effectués sur l’ISS ont donné lieu à la publication en mars 2019 dans The International Journal of Advanced Manufacturing Technology de l’article de Niki Werkheiser, Frank Ledbetter, Dogan Timucin, Kevin Wheeler, Mike Snyder, 3D Printing in Zero G Technology Demonstration Mission: complete experimental results and summary of related material modeling efforts , dont le résumé est lisible sur springer.com.
Bonne journée.
Selon ses concepteurs, les ingénieurs de l'entreprise
« Cependant, le développement de cette imprimante ne fut pas une mince affaire. Il a fallu répondre aux
Grant Lowery
(Source : futura-science.com)
Selon le même article, l’accent a été mis également sur la résistance « aux vibrations et aux changements de pression d'un lancement dans l'espace, puis fonctionner sans encombre en microgravité. […] « La plupart des imprimantes 3D du commerce ne résisteraient pas aux contraintes d'un lancement », explique Grant Lowery, porte-parole de Made in Space. »
Nous ne pouvons guère vous en dire plus, car, comme nous l'avons vu, MIS est discrète sur les détails techniques de ses machines, comme vous le suggériez dans votre question…Nous pouvons toutefois préciser que selon aniwaa.fr, « L’imprimante 3D Zero G de Made in Space utilise la
« Cette technique est souvent considérée comme la méthode existante la plus basique. Le FDM repose sur 3 éléments principaux : un plateau d’impression sur lequel est imprimé la pièce, une bobine de filament qui sert de matériau d’impression et une tête d’extrusion également appelé extrudeur. Pour résumer, le filament est entrainé et fondu par l’extrudeur de l’imprimante 3D, celui-ci
Qui dit « impression 3D » dit « modèle 3D »: tout commence par la conception de l’objet à partir d’un logiciel de CAO (comme SolidWorks, TinkerCAD ou Blender par exemple). Le fichier 3D obtenu, le plus souvent au format .STL, est découpé en plusieurs couches via un logiciel dénommé « slicer » (comme Makerware, Cura ou Repetier) dans lequel il est possible de sélectionner les divers paramètres de l’impression. Une fois configurée, l’impression est alors lancée.
L’impression 3D démarre par la
Une fois la machine chauffée,
Le dépôt de filament de l’imprimante Zero-G est visible dans la vidéo ci-dessous, à 0’38’’ et à 3’20’’ environ :
Suite aux premiers tests d’impressions en apesanteur, l’ISS s’est en 2016 dotée d’une nouvelle imprimante 3-D, l’
« En février 2016, une autre imprimante, conçue par Altran, Thales Alenia Space et l’Institut italien de technologie, a réalisé sa première pièce de test en acide polylactique (PLA), un polymère biodégradable. En avril de la même année, l’
(Source : industrie-techno.com)
L’AMF a l’avantage d’avoir de plus grandes dimensions que la Zero-G, mais aussi d’être plus polyvalente :
« Si la Zero G disposait d’un volume de fabrication assez réduit (10 x 5 x 5cm), celui de l’AMF atteint les 18 x 14 x 10 cm, pour une résolution de 75 microns en épaisseur de couche. L’imprimante 3D est compatible avec plusieurs matériaux plastiques : l’ABS, l’HDPE, le PEI/PC. « L’AMF est conçue pour fonctionner avec une large gamme de matériaux extrudables comprenant des polymères souples et composites. Elle sera en mesure de fabriquer des objets plus grands, plus complexes et plus rapidement, avec une précision plus fine, et avec de multiples matériaux de qualité aéronautique. » A déclaré Made In Space sur son site.
Contrairement aux imprimantes 3D classiques, l’AMF est équipée de ventilateurs et d’appareils de chauffage spéciaux pour compenser les écarts de température, la pression atmosphérique, et l’absence de gravité. L’imprimante utilise également des matériaux ignifuges pour éviter tout risque d’explosions à bord. Made In Space reste le propriétaire de la machine, la NASA et les autres clients potentiels devront payer pour l’utiliser. »
(Source : primante3d.com)
Mais on n’arrête pas le progrès : selon nasa.gov que la relève de l’imprimante 3D est déjà en phase d’expérimentation, puisque l’ISS est équipée depuis février 2019 d’un prototype du «
Sachez enfin que les résultats des tests effectués sur l’ISS ont donné lieu à la publication en mars 2019 dans The International Journal of Advanced Manufacturing Technology de l’article de Niki Werkheiser, Frank Ledbetter, Dogan Timucin, Kevin Wheeler, Mike Snyder, 3D Printing in Zero G Technology Demonstration Mission: complete experimental results and summary of related material modeling efforts , dont le résumé est lisible sur springer.com.
Bonne journée.
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