Comment se fait l'impression 3D dans l'espace?

Cet article indique que l'impression 3D a été réalisée dans l'espace, sur la Station spatiale internationale.

Je suis curieux de savoir comment cela fonctionne différemment de l'impression 3D sur Terre. Y a-t-il des mesures supplémentaires à prendre pour garantir que le filament soit correctement extrudé sur le lit d'impression, ou lors d'autres étapes?

Très probablement, les imprimantes 3D utilisées sur l'ISS n'intègrent pas une différence fondamentale qui leur permet d'imprimer en gravité zéro.

Certaines personnes sur 3Dprint.com ont soulevé une question très similaire et se sont dit qu'en tournant leur imprimante 3D à l'envers et sur le côté:

il n'y a pas vraiment de différence du tout. C'est assez intéressant de voir comment l'orientation a peu d'effet sur la qualité.

L'un des premiers modèles d'imprimantes 3D - l' imprimante Bukito - a démontré que leur imprimante était si portable qu'elle pouvait même imprimer en déplacement et à l'envers .

En d'autres termes, certaines imprimantes 3D grand public impriment déjà à l'envers, et donc elles imprimeraient probablement aussi en gravité zéro!

(C'est la courte histoire de toute façon. Jetez un coup d'œil à la publication de Ryan, qui donne une excellente description des parties les plus complexes de l'impression spatiale!)

Pour répondre à votre question, vous devez considérer comment le filament fondu adhère au lit d'impression et aux autres couches, et si la gravité a un effet sur la façon dont il adhère. La réponse est que la gravité ne pas avoir aucun effet réel sur le bâton à ibilité du filament. Au lieu de cela, le plastique se lie à la surface du lit d'impression, puis les couches suivantes fusionnent avec la couche précédente. La gravité n'a pas non plus d'incidence sur la façon dont le filament est alimenté ni sur le mouvement des courroies et des engrenages. Certains supports de rouleau de filament peuvent ne pas pouvoir être utilisés s'ils ne bloquent pas le rouleau et l'imprimante doit également être serrée. Mais, peut-être surprenant, il n'y a vraiment rien d'autre à faire différemment pour faire fonctionner une imprimante dans l'espace.

Le premier gros problème spécifique à l'espace est en fait la qualité de l'air. Vous ne pouvez pas simplement ouvrir une fenêtre pour aérer l'odeur d'ABS fondu de l'ISS!

Les imprimantes FFF émettent des fumées et des nanoparticules. Dans une station spatiale, le même air est recyclé encore et encore, et les systèmes de purification de l'air ont un ensemble spécifique de contaminants pour lesquels ils sont optimisés, ainsi qu'une capacité de conception pour le renouvellement de l'air et les taux d'élimination des produits chimiques qui ne seront pas ajustés juste parce que quelqu'un imprime un cliquet spatial aujourd'hui. La protection de la qualité de l'air de la cabine est un facteur de conception énorme pour toute expérience qui va dans l'espace.

Les expériences d'impression Made in Space sur l'ISS à ce jour ont été réalisées dans l'une des chambres d'expérimentation sous vide, de sorte que les fumées non filtrées (ou les poussées de feu) pouvaient être évacuées directement dans l'espace si nécessaire. À long terme, cela ne fonctionnera pas - d'autres expériences peuvent nécessiter la chambre à vide, ou les imprimantes de «production» peuvent être trop grandes pour s'adapter. L'imprimante doit donc avoir son propre système de purification de l'air interne.

Une autre contrainte de conception MAJEURE est la survie du lancement. Les charges utiles des fusées doivent être conçues pour des forces g extrêmes sans 1) dommage, ou 2) un déplacement interne important de la masse qui affecterait le centre de gravité de la charge utile.

Le poids total de la charge utile est également très important ici: soulever une masse vers une orbite terrestre basse coûte cher.

Étonnamment, l'environnement de microgravité lui-même n'est pas si grave. Le plastique fondu est très visqueux et reste à peu près là où vous le mettez assez longtemps pour se solidifier, tant qu'il colle à quelque chose. Mais deux impacts me viennent à l'esprit.

• Tout d'abord, une bobine de filament non sécurisée tentera de se dérouler. La gravité ne fournira pas la friction de contact sur laquelle nous comptons habituellement pour empêcher les bobines de nicher. (Pensez-y: une bobine à enroulement serré est littéralement un ressort hélicoïdal géant.)
• Deuxièmement, les flux de chaleur sont différents en microgravité - vous ne pouvez pas compter sur la convection passive pour refroidir l'impression ou les moteurs. Des aménagements doivent être faits pour un flux d'air forcé suffisant et un dissipateur thermique sur tout ce qui nécessite un refroidissement. Et cela inclut l'enceinte elle-même, car, comme mentionné ci-dessus, la chambre d'impression doit être étanche pour le contrôle de la qualité de l'air.

Enfin, la fiabilité est essentielle. Amazon ne livre pas (encore) à l'ISS. Même une seule vis dénudée peut mettre l'imprimante hors service pendant des mois jusqu'à ce qu'une pièce de rechange puisse être insérée dans un lancement d'approvisionnement à venir. Faire prendre feu à l'imprimante car quelque chose en court-circuit serait catastrophique.

Donc, vraiment, il s'agit de rendre une imprimante suffisamment robuste pour la fabriquer là-bas, fonctionner en toute sécurité et ne jamais casser. L'impression à l'envers est triviale en comparaison.