Lasers verts : le secret le mieux gardé de la fabrication additive

Les pièces imprimées en 3D se trouvent désormais sur une autre planète, déployées sur Mars sur le Perseverance Rover. Cela montre la croissance de la façon dont la fabrication additive (AM), l'autre terme pour l'impression 3D, est utilisée pour produire des composants d'exploration spatiale, y compris des dispositifs de propulsion et des composants structurels. Pour la propulsion des lanceurs, en particulier des moteurs de fusée, l'avantage d'utiliser le laser AM est grand.

Les avantages de la FA incluent la réduction du nombre total de pièces de moteur, la simplification des conceptions, l'impression de canaux de refroidissement avec des angles de porte-à-faux uniques et une poussée améliorée. Un autre avantage est que traiter des dizaines de pièces, contrairement à des centaines de pièces, réduit le risque de défauts de fabrication. Grâce à l'utilisation de meilleurs matériaux conçus spécifiquement pour la FA, une capacité thermique et une résistance améliorées peuvent être obtenues, permettant une plus grande efficacité du moteur. L'amélioration de l'efficacité du moteur peut se traduire par la réalisation d'une orbite plus élevée ou le transport de charges utiles plus importantes.

La fabrication additive ouvre davantage de fenêtres de vol et, avec elles, un meilleur accès à l'espace.

Une innovation particulière dans la FA laser, et probablement le secret le mieux gardé de la fabrication additive, est le déploiement de lasers verts. L'utilisation d'une longueur d'onde dans le spectre visible de 515 nm (par opposition au proche infrarouge ou NIR à 1063 nm) permet à la fabrication additive laser de matériaux hautement réfléchissants tels que le cuivre, l'aluminium, l'or, l'argent, le platine et l'iridium d'être plus efficace et efficient. En combinaison avec ces matériaux réfléchissants, les lasers NIR ont du mal à coupler le faisceau au métal et peuvent entraîner des pertes par réflexion, un bain de fusion instable, des éclaboussures et une porosité résultante dans la pièce imprimée. Développée du côté traditionnel de la découpe et du soudage au laser, la technologie laser verte, lorsqu'elle est appliquée à l'impression 3D, prend plus de sens pour le traitement de tels matériaux. La technologie laser verte permet d'obtenir des résultats avec une meilleure densité, une porosité plus faible, une meilleure finition de surface, moins de projections et une productivité améliorée. Selon la pièce et les paramètres utilisés, il peut être jusqu'à dix fois plus rapide qu'une source laser IR à poudre de cuivre pur.

L'intérêt pour le cuivre et les alliages de cuivre a été mené par le programme RAMPT (Rapid and Analysis Manufacturing Propulsion Technology) de la NASA, qui utilise des lasers IR pour imprimer des chambres de poussée à l'aide de la fusion laser sur lit de poudre (également appelée LMF - laser metal fusion). L'amélioration de la conductivité thermique du cuivre par rapport aux alliages de nickel est une raison impérieuse d'explorer son utilisation pour cette application. D'autres sociétés de lancement privées telles que Launcher et Virgin Orbit ont également produit de grands composants à base d'alliage de cuivre à la fois par traitement sur lit de poudre et par DED laser (dépôt d'énergie dirigée - également appelé LMD pour dépôt de métal par laser). La mise en œuvre d'un laser à longueur d'onde verte sur un matériau hautement réfléchissant comme le cuivre est claire : cela améliore la qualité et la vitesse d'impression.

Pour les alliages de cuivre actuellement étudiés (C18150, GR Cop 42, GR Cop 84 et plus), il s'ensuivrait qu'une meilleure productivité offrant une vitesse d'impression plus rapide avec moins de défauts serait un autre contributeur à un meilleur accès à l'espace. TRUMPF a également travaillé au développement de paramètres de cuivre à l'aide de procédés additifs laser verts, en utilisant à la fois la fusion sur lit de poudre et le laser DED ou LMD.

La fermeture de la boucle de fabrication pour l'exploration spatiale, la réduction des délais en utilisant des technologies additives dans ces processus se traduit par un plus grand nombre de fenêtres de vol pour le véhicule final. La disponibilité accrue de fenêtres de vol, d'orbites plus élevées et de charges utiles plus importantes ouvre davantage d'opportunités d'aller dans l'espace, que ce soit pour le tourisme spatial ou pour livrer des appareils de communication, des sondes, des télescopes et plus encore. C'est une période passionnante pour s'impliquer dans l'exploration spatiale et maintenant le secret est dévoilé. La technologie laser verte est la clé pour libérer l'espace.

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