La NASA a testé avec succès pour la première fois une tuyère de moteur de fusée imprimée en 3D en aluminium, dans le cadre d'un projet visant à réduire les coûts de fabrication et le poids du moteur. Les tuyères des moteurs-fusées doivent résister à d’énormes quantités de chaleur et de pression, elles doivent donc être fabriquées à l’aide de procédures complexes et de milliers de pièces. Avec le nouveau moteur, l'agence spatiale vise à réduire les coûts associés à l'exploration de l'espace lointain et à réduire le poids de la fusée afin qu'elle puisse transporter plus de charges utiles.
En mai 2023, la tuyère de moteur de fusée imprimée en 3D RAMFIRE de la NASA a été testée dans un environnement où les températures peuvent atteindre 6 000 degrés Fahrenheit (environ 3 300 degrés Celsius). Image : NASA
Pour créer une tuyère de moteur de fusée imprimée en 3D, la NASA a dû développer une variante en aluminium à la fois adaptée à la fabrication additive et capable de résister aux conditions de travail stressantes d'un moteur de fusée. La tuyère du moteur est l'un des composants les plus importants d'une fusée et, comme la chambre de combustion, elle doit être capable de résister à la chaleur extrême générée par la combustion du moteur et ses sous-produits.
Cette tuyère de moteur est fabriquée en aluminium A6061-RAM2 et fait partie du projet RAMFIRE (Reactive Additive Manufacturing for the Fourth Industrial Revolution) de la NASA. Ce projet est spécifiquement dédié au développement de tuyères de moteurs de fusée imprimées en 3D, en mettant l'accent sur l'introduction de modifications de conception pour permettre la simplicité et le refroidissement de la fusée.
Une tuyère de moteur-fusée est un composant en forme de cloche au fond qui est généralement refroidi par un propulseur très froid circulant à travers la tuyère. Ceci est accompli en usinant des canaux dans la paroi interne de la tuyère, qui retournent ensuite dans la chambre de combustion du moteur pour créer une poussée. Ces canaux nécessitent des centaines, voire des milliers de composants individuels, ce qui complique naturellement le processus de fabrication et ajoute du coût et du poids.
La NASA a également créé un réservoir d’essai imprimé en 3D à partir du même matériau que la tuyère du moteur-fusée. En utilisant la technologie d’impression 3D pour créer la tuyère du moteur, la NASA et son partenaire d’ingénierie et de fabrication du projet RAMFIRE, RPM Innovation, seront en mesure de créer la tuyère du moteur-fusée à partir d’une seule pièce. Cela réduit considérablement les coûts et simplifie le processus d’ingénierie tout en allégeant la buse. Tous ces avantages sont énormes, d’autant plus que le poids est l’une des plus grandes limitations des fusées. Les ingénieurs doivent soigneusement équilibrer le poids, le propulseur et la charge utile de la fusée pour garantir qu'elle puisse réellement décoller une fois lancée.
La National Aeronautics and Space Administration (NASA) estime que les progrès de la technologie d’impression 3D dans la fabrication de pièces de moteurs de fusée lui permettront de transporter davantage de charges utiles, notamment lors de missions interstellaires. Pour les tuyères de moteurs de fusée imprimées en 3D RAMFIRE, la NASA a mené avec succès 22 tests, avec une durée de test cumulée de 579 secondes, soit environ 10 minutes, et des températures de test pouvant atteindre 6 000 degrés Fahrenheit.
De plus, la NASA et RPM Innovation ont construit une buse aérosol et un réservoir de liquide cryogénique. L'aluminium de ces pièces a été fabriqué en collaboration avec Elementum3D. La fabrication additive pour la fabrication de fusées est un domaine relativement nouveau, et la société de fusées RelativitySpace, basée à Long Beach, en Californie, a commencé à utiliser la technologie d'impression 3D pour fabriquer des réservoirs de carburant, des moteurs et d'autres pièces.