L’Agence spatiale européenne soutient un projet d’engrenage sans friction imprimé en 3D

Aug 13, 2023

Les nominations sont désormais ouvertes pour les 3D Printing Industry Awards 2023. Qui sont les leaders de l'impression 3D ? Découvrez-le le 30 novembre lorsque les gagnants dans vingt catégories seront annoncés lors d'une cérémonie de remise des prix en direct à Londres.

Le Centre suisse d'électronique et de microtechnologie (CSEM) a collaboré avec les spécialistes de l'impression 3D métal 3D Precision et la PME spatiale et navale Almatech SA pour concevoir, imprimer en 3D et tester un mécanisme de réduction de rotation conforme (CRRM).

Tout-en-un imprimé en 3D en acier inoxydable haute performance, le CRRM est un mécanisme conforme aux engrenages sans friction.

Le système d'engrenages est conçu pour permettre la rotation précise des composants aérospatiaux tels que les propulseurs, les capteurs et les lentilles ou miroirs des télescopes, sans avoir besoin de lubrification. Pour y parvenir, le CRRM utilise la flexion, ou « déformation élastique », et intègre 24 lames pliables, dont 16 s'emboîtent.

Le projet, appelé « COMAM », a débuté en 2018 et a été financé par le Programme général de technologie de soutien (GSTP) de l'Agence spatiale européenne (ESA). Conçu par le CSEM, le CRRM a été imprimé en 3D par 3D Precision, tandis que les tests de performances ont été réalisés par Almatech SA.

"Les pièces déformables et rigides sont construites ensemble comme une seule structure monolithique, évitant tout assemblage et alignement fastidieux", a expliqué Paolo Zaltron, responsable technique de l'ESA. « Leurs formes inhabituelles ont repoussé les limites des technologies de fabrication additive et sont le résultat de techniques d’optimisation avancées qui conduisent à une flexibilité élevée et une masse réduite sans précédent. »

Imprimer en 3D un engrenage sans friction

Dans les applications spatiales, l'utilisation de la lubrification peut entraîner une contamination indésirable des systèmes délicats et provoquer une usure susceptible de réduire la durée de vie globale du composant. Les mécanismes sans friction, qui ne nécessitent aucune lubrification, sont donc particulièrement attractifs.

Bien que les mécanismes conformes soient bien connus dans les applications spatiales, souvent utilisés là où un mouvement sans friction est requis, leur conception et leur production constituent un défi. En effet, ces mécanismes possèdent une architecture complexe et sont composés de différentes pièces précises qui, traditionnellement, sont usinées, vérifiées, alignées et fixées entre elles.

La fabrication additive offre des avantages significatifs dans la production de ces mécanismes, notamment la liberté de conception et la possibilité de produire des formes monolithiques complexes sans aucune exigence d'assemblage. En effet, on prétend que l'intégration dans le CRRM de 24 lames de flexion pour former des pivots croisés et huit étages intermédiaires ne serait pas possible dans un si petit volume sans le recours à la fabrication additive. De plus, grâce aux avantages de l’impression 3D, aucun alignement n’est nécessaire entre les structures de flexion pour garantir une cinématique appropriée.

Pour concevoir le mécanisme, l’équipe a combiné des optimisations paramétriques et topologiques. Cette combinaison aurait considérablement amélioré la masse et les fréquences propres de la pièce, fournissant un premier mode propre supérieur à 550 Hz. En fin de compte, le CRRM permet une réduction du mouvement rotatif d'un facteur 10, particulièrement utile pour les mécanismes de balayage, de pointage, d'étalonnage ou de miroir inversé.

Bien que les résultats globaux de ce projet soient considérés comme « très encourageants », les résultats des tests de performances et de durée de vie ont souffert de la distorsion des deux modèles de broadboard fabriqués et testés.

Les résultats complets du processus de test, ainsi que des informations complémentaires concernant le développement et la production du CRRM, sont disponibles via le CEAS Space Journal.

Impression 3D de composants aérospatiaux

Le recours à la fabrication additive pour la production de composants aérospatiaux n’a rien de nouveau. Plus tôt cette année, il a été annoncé que le spécialiste australien du transfert de chaleur Conflux Technology s'était associé au fabricant allemand de fusées spatiales Rocket Factory Augsburg (RFA) pour intégrer sa technologie d'échangeur de chaleur Conflux imprimée en 3D dans une fusée orbitale.