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3d printing

L’impression 3D emmène les circuits électroniques dans l’espace : une nouvelle ère commence

by Paolo Subioli on 12 avril 2019

L’impression 3D de circuits imprimés et de circuits électroniques est désormais arrivée à un stade de maturité si avancé qu’elle entre dans l’un des secteurs les plus compliqués, celui de l’aérospatial. Trois nouvelles, arrivées ces dernières semaines, révèlent à quel point tout cela est concret. La première est le dépôt du brevet, aux États-Unis et en Corée, de l’encre diélectrique destinée à l’impression 3D de matériaux électroniques, développée par Nano Dimension qui amènera cette technologie dans la station spatiale internationale. Ensuite, notre client Thales Alenia Space a commencé à adopter l’impression 3D afin de produire en série certains composants pour satellites de télécommunication basés sur la plateforme all-electric Spacebus Neo. Pour finir, la NASA a décidé de consacrer 2 millions de dollars au développement de capteurs multidimensionnels imprimés en 3D.

L’encre diélectrique de Nano Dimension dans la station spatiale internationale

L’encre diélectrique est un matériau spécial, basé sur les nanoparticules, utilisé pour l’impression3D afin de réaliser les parties non conductrices. L’encre diélectrique de Nano Dimension réussit à fournir d’excellentes performances pour les communications à haute fréquence jusqu’à 6 GHz, avec des performances de circuit comparables à celles des circuits développés en utilisant des techniques de production conventionnelles. Ce genre de prestation, allié à la légèreté de l’encre et les propriétés diélectriques, a rendu l’imprimante 3D DragonFly Pro – le système et la technologie de production additive de précision de Nano Dimension – très attrayant pour le secteur spatial. Il est prometteur en particulier dans le domaine émergent des minisatellites, où les poids et les dimensions sont des prérequis de conception déterminants.

encore diélectriques impression 3D

L’une des encres diélectriques photopolymères développée par Nano Dimension vue au microscope.

Dans le brevet déposé, une nouvelle composition et une nouvelle méthode sont utilisées afin de former un matériau thermodurcissable imprimable avec d’excellentes propriétés physiques. Ceci est idéal pour les panneaux thermodurcissables, feuilles et / ou films potentiellement utiles pour former des éléments de boîtier pour divers dispositifs nécessitant des performances élevées.

« Le dépôt de ce brevet est un pas en avant dans notre parcours pour changer radicalement la façon dont les composants électroniques sont réalisés et pour créer de la valeur ajoutée aux processus de conception et de production. », a déclaré Amit Dror, PDG de Nano Dimension. « Les circuits à radiofréquence, comme les amplificateurs ou les antennes, produits avec la fabrication additive, grâce à notre imprimante DragonFly Pro, seront tous testés à la station spatiale internationale dans le cadre d’un projet conjoint de Harris et Space Florida. Nous sommes très heureux de ce projet et de son énorme potentiel de développement d’applications innovantes pour l’espace. »

Stazione Spaziale Internazionale

Les éléments composant la station spatiale internationale (avril 2016)

L’impression 3D en série pour les satellites et les véhicules spatiaux

L’impression 3D n’est pas vraiment une nouveauté dans le domaine de l’aérospatiale, car des acteurs comme Thales Alenia et Leonardo – tous deux clients de Cadlog – ont déjà mis en place diverses initiatives dans ce domaine. En 2015 un partenariat entre ces deux entreprises a amené au lancement du satellite TürkmenÄlem MonacoSat, doté de supports en aluminium pour antennes imprimés en 3D, qui est ensuite devenu une technologie standard du fait de sa légèreté. Les satellites pour télécommunication Koreasat 5A et 7, mis en orbite en 2017, étaient dotés des plus grands composants pour véhicules spatiaux imprimés en 3D en Europe. Aujourd’hui la société française a décidé de sauter le pas et de produire en série certains composants pour les satellites de télécommunication basés sur la plateforme Spacebus Neo. Dans cette superbe vidéo sur le Spacebus Neo, il est possible de saisir l’importance de solutions modulaires dans la production de satellites.

Sur le Spacebus Neo il y aura quatre supports de roue à inertie en aluminium et 16 ferrures ADPM (Antenna Deployment and Pointing Mechanisms). Le recours à l’impression 3D est encouragé par les exigences du marché étant donné que cette solution permet de réduire les coûts de 10%, de gagner un à deux mois sur le planning de fabrication et de diminuer le poids de 30%. Une autre caractéristique intéressant de l’impression 3D est qu’elle permet de combiner la production en série avec la personnalisation, afin d’adapter les dispositifs aux exigences spécifiques à chaque mission spatiale. Les connecteurs et les raccords par câble sont intégrés dans le projet et sont réalisés par un unique processus d’impression, ce qui permet d’éviter des phases d’assemblage ultérieures.

Les capteurs multifonctionnels de la NASA imprimés en 3D.

Le troisième projet dont nous parlions au début de cet article a été élaboré par une scientifique bangladaise de la NASA, Mahmooda Sultana, qui a reçu un financement de 2 millions de dollars afin de développer des capteurs multifonctionnels destinés à l’exploration spatiale grâce à l’impression 3D.

Mahmooda Sultana

Mahmooda Sultana

Sultana, qui travaille au centre spatial de Goddard à Washington D.C., a déclaré : « Nous sommes vraiment enthousiastes pour les possibilités qu’offre cette technologie. Grâce à ce financement, nous pouvons amener cette technologie à un autre niveau et potentiellement offrir à la NASA un nouveau moyen de créer des plateformes de capteurs multifonctionnels personnalisées, qui, selon moi, peuvent ouvrir la porte à tous types de missions et d’utilisation. »

La scientifique avait développé des prototypes de capteurs multifonctionnels grâce à une imprimante 3D de la Notheastern University. Ces capteurs étaient constitués de divers nanomatériaux, parmi lesquels le graphène et des nanotubes de carbone. Déjà lors de cette première phase l’équipe avait réussi à obtenir une sensibilité s’approchant du ppm (millionième), qui est l’objectif de la phase de développement actuellement en cours. Cela pourrait être utile par exemple pour mesurer la concentration en ppm d’éléments comme l’ammoniac et le méthane dans l’atmosphère.

Les 2 millions de dollars du financement serviront à l’équipe de Sultana principalement pour développer des spectromètres plus petits. Utilisés pour mesurer les propriétés de la lumière dans le spectre électromagnétique, les spectromètres sont des instruments particulièrement utiles afin d’identifier les matériaux. Ces dispositifs sont utilisés en astronomie pour comprendre la composition des planètes et des étoiles. Actuellement, les dispositifs de spectroscopie sont trop grands pour être transportés dans l’espace. L’imprimante 3D permettrait de réaliser les spectromètres avec d’autres dispositifs multi-capteurs sur une unique plateforme.

L’impression 3D est aujourd’hui au centre de l’attention de la NASA mais aussi d’autres agences spatiales, en vue de futures explorations de la lune et de Mars. Des dispositifs multi-capteurs comme ceux développés par Sultana pourraient être placés dans les Rover et dans les satellites utilisés pour ce type de mission.

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BGATous les détails d’un cas concret dans lequel une entreprise européenne, leader dans le secteur des télécommunications et des capteurs, s’est retrouvée face à une erreur de conception, à deux jours de la livraison de 24 prototypes de circuits imprimés. La seule solution possible afin de respecter les délais imposés et de ne pas perdre le client a été le recours à l’impression 3D.

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