L'impression 3D aide le fabricant de fusées à atteindre ses objectifs d'intégration verticale

Lorsque la fusée E-2 de Launcher a été testée au Stennis Space Center plus tôt cette année, elle a généré une poussée impressionnante de 10 tonnes métriques. Toutes les images : Lanceur

Les médias sont remplis ces jours-ci d'histoires d'injecteurs de carburant fabriqués de manière additive, de réservoirs de propulseur, de tuyères de moteur et d'innombrables autres exemples de composants de fusée extrêmement complexes, tous destinés à emmener des satellites en orbite ou des personnes sur la lune et au-delà.

Tim Berry et son équipe jouent un rôle dans bon nombre de ces histoires. Berry est le chef de la fabrication chez Launcher, un développeur de véhicules de transfert de fusées et de satellites / plates-formes de charge utile hébergées.

En avril, le moteur de fusée liquide E-2 imprimé en 3D de la société Hawthorne, en Californie, a généré une poussée impressionnante de 10 tonnes métriques (22 046 livres), 288 s d'ISP au niveau de la mer et 97,5 % de c* lors de son premier essai de tir au Stennis Space Center de la NASA. (L'impulsion spécifique, abrégée ISP ou Isp, et la vitesse caractéristique, ou c*, sont des mesures de l'efficacité du moteur-fusée.)

Click " target="_blank">ici pour regarder une vidéo du test du Stennis Space Center.

De plus, le véhicule de transfert Orbiter de Launcher / la plate-forme de charge utile hébergée, ou remorqueur spatial, devrait atteindre l'orbite plus tard cette année à bord du lancement du covoiturage Falcon 9 Transporter-6 de SpaceX. La majorité du remorqueur est imprimée en 3D.

Berry se considère comme l'un des plus grands fans de l'impression 3D métal. Mais il n'a pas non plus peur de changer de vitesse au besoin en faveur de technologies de fabrication plus traditionnelles, et vice versa.

"Les parenthèses, par exemple, sont un tirage au sort", a-t-il déclaré. "Donc, si nous sommes en surcapacité dans l'atelier d'usinage, nous pourrions les glisser dans l'une des imprimantes 3D. Nous prenons des décisions comme celles-ci en fonction de la capacité disponible et de la nécessité de maintenir notre équipement en fonctionnement autant que possible.

"Avoir cette capacité est l'une des beautés de l'intégration verticale. À cause de cela, nous sous-traitons très peu", a déclaré Berry.

La zone d'usinage et de fabrication de Launcher ferait des envieux dans de nombreux ateliers. La liste des équipements comprend des tours CNC et manuels; Centres d'usinage 3 et 5 axes ; une fraiseuse CNC de type portique ; Soudeurs TIG, MIG et tubes orbitaux ; une ligne de nettoyage/revêtement ; équipement de cintrage et d'évasement de tubes; et l'assortiment habituel d'outils manuels que l'on trouve dans n'importe quelle installation de travail des métaux.

La chambre refroidie à l'oxygène liquide du moteur E-2 a été imprimée en une seule pièce à partir d'un alliage de cuivre sur une imprimante AMCM. Launcher a imprimé l'injecteur coaxial sur une machine Velo3D Sapphire.

L'entreprise utilise tout cet équipement pour assembler des composants de fusée, construire des bancs d'essai et des montages d'assemblage, fabriquer des conduites de carburant et des systèmes d'échappement, et usiner un grand nombre de composants métalliques imprimés en 3D.

"Nous avons également un fil EDM que nous utilisons pour fabriquer des pièces, mais la plupart de son temps est consacré à retirer les pièces imprimées en 3D des plaques de construction", a ajouté Berry.

Berry estime que 70 % du matériel de Launcher est d'abord imprimé sur l'une de ses trois machines de fusion laser sur lit de poudre (LPBF). Il existe une paire de systèmes d'impression 3D Sapphire de Velo3D. L'un est dédié à la construction de composants de turbopompe Inconel 718 et de pièces détachées pour le remorqueur spatial Orbiter, et l'autre "déclenche" des réservoirs de propulseur en titane 24 heures sur 24.

« À chaque neuvième construction, nous imprimons une structure de poussée qui maintient le moteur », a-t-il ajouté.

La troisième imprimante de Launcher, une EOS M300, est un interrupteur. Elle produit alternativement des pièces en titane, en aluminium et en cuivre, et elle pourrait être utilisée dans un avenir proche pour imprimer certains des métaux réfractaires les moins chers et des alliages d'aluminium à haute résistance.

Une quatrième imprimante LPBF devrait arriver prochainement. Il s'agit d'un système LPBF grand format (450 x 450 x 1 000 mm) appelé M4K, construit par AMCM GmbH, filiale du groupe EOS.

"Le PDG et fondateur de notre société, Max Haot, a été l'inspiration pour le M4K", a déclaré Berry. "Il ne voulait pas adopter la même approche que les autres constructeurs de moteurs, qui consiste à imprimer un tas de composants plus petits, puis à les braser ou à les boulonner ensemble. Max et notre concepteur en chef, Igor Nikishchenko, voulaient une structure monolithique pour plus de simplicité, de résistance et de fiabilité. Il a donc travaillé avec EOS pour développer une machine grand format personnalisée."

Berry a ajouté que d'autres sociétés de fusées ont suivi l'exemple de Launcher et se tournent vers des impressions de chambre/buse monolithiques sur des machines plus grandes et nouvellement disponibles.

Avec la livraison du M4K viendra un approvisionnement sain en C-18150. Cet alliage cuivre-chrome-zirconium coûterait beaucoup moins cher et n'aurait que des propriétés matérielles légèrement différentes de la norme non officielle de l'industrie pour les moteurs de fusée, GRCop-42.

L'atelier d'usinage et la zone de fabrication bien équipés du lanceur jouent un rôle important dans le transport aérien des produits.

"Vous ne voulez pas vous mettre dans un coin où il devient nécessaire d'utiliser un métal super cher comme GRCop - à moins que vous n'en ayez absolument besoin - quelque chose que beaucoup de nos concurrents ont fait", a déclaré Berry, qui a ajouté : "J'aime plaisanter en disant que je ferais une fusée en papier mâché si elle pouvait voler de manière fiable."

La pensée peu orthodoxe est monnaie courante chez Launcher. Le PDG Haot dit aux membres du personnel de concevoir pour les outils dont ils disposent - une directive qui a été prise à cœur. Non seulement les concepteurs ajustent leurs conceptions de composants et leurs processus de fabrication pour conserver les produits en interne dans la mesure du possible, mais ils ont également développé leur propre logiciel d'ingénierie pour l'analyse des canaux de refroidissement et la simulation des moteurs de fusée.

De tels efforts offrent des avantages bien au-delà d'économiser de l'argent. Il s'agit de faire décoller des engins spatiaux rapidement, en toute sécurité et à moindre coût dans un marché hautement concurrentiel. Cela dit, il n'y a aucun compromis en matière de performances, et l'équipage du lanceur est toujours à la recherche de moyens d'optimiser davantage ses systèmes de propulsion de fusée et de livraison de satellites, a déclaré Berry.

Il attribue cet état d'esprit à Haot et au designer Nikishchenko. "Leur mantra depuis le début de l'entreprise a été celui d'un accès à l'espace à haute performance et à faible coût."