Il semble que chaque fabricant de fusées ait adopté l’impression 3D d’une manière ou d’une autre, qu’il s’agisse d’imprimer des buses, des injecteurs, des moteurs ou des fusées entières (à l’avenir). Il y a aussi beaucoup de recherches en cours sur les fusées, et bien sûr la FA y joue également un rôle essentiel. Sam Rogers a récemment publié une fantastique démonstration vidéo des prototypes imprimés en 3D produits à Additive Experimental (AX) pour rechercher le refroidissement par vortex dans les fusées. Et ils le font avec une imprimante 3D de bureau.

Le refroidissement par vortex est une méthode hybride de refroidissement de la chambre de combustion de la fusée tout en fournissant simultanément du carburant. En injectant de l’oxygène pur dans la chambre de combustion à un angle tangent de sorte qu’il tourbillonne autour de la chambre, le mouvement tourbillonnant crée une couche limite d’oxygène froid entre les parois de la chambre et la combustion ardente se produisant au centre. Étant donné que la couche d’oxygène gazeux empêche le feu de toucher les parois de la chambre de combustion, les parois restent agréables et fraîches malgré le remplissage de la chambre par le feu. L’oxygène tourbillonnant s’écoule vers la plaque d’injecteur, où il tourbillonne finalement au centre, se mélange au carburant et fait partie du processus de combustion.

Prototypage rapide avec impression 3D

C’est un design brillant, du moins sur le papier. Les tests sont ce qui sépare le génie de la pseudoscience. Mais tester le refroidissement par vortex est incroyablement difficile lorsque vous ne pouvez pas voir ce qui se passe dans la chambre de combustion. C’est là qu’intervient l’impression 3D. Le prototype du système d’allumage du moteur et la chambre vortex ont été imprimés en résine transparente sur une imprimante 3D SLA afin que l’ensemble du processus puisse être facilement filmé et étudié au ralenti. Être capable de voir l’action leur a permis de déterminer ce qui causait des défaillances, comme la longueur de la chambre initiale inhibant le vortex. Le système a également été conçu pour être modulaire afin que les pièces puissent être facilement échangées lorsqu’elles sont redessinées ou explosent.

Soyons réalistes, nous parlons ici de fusées, donc beaucoup de leurs prototypes ont explosé. C’est juste une autre façon dont l’impression 3D a rendu leurs recherches réalisables. Le temps et l’argent que ce projet aurait requis pour produire toutes les itérations de ces composants incroyablement complexes avec une fabrication traditionnelle auraient rendu la recherche inaccessible à tout le monde, à l’exception des plus grandes entreprises et agences. Ils ont économisé encore plus de temps et d’argent en imprimant en résine sur une machine de bureau plutôt qu’en métal. Bien sûr, ils ne pouvaient imprimer qu’en résine car leur conception est axée sur la réalisation de chambres à paroi de combustion froides. Sans cette caractéristique, le métal serait nécessaire. Cela est mis en évidence par l’érosion de la gorge de la tuyère où la poussée est éjectée. Il n’y a pas de refroidissement par vortex là-bas, il subit donc tout le poids de la chaleur supersonique.

Impression en résine – Prix de bureau, compatible avec le moteur de fusée

Contrairement aux thermoplastiques tels que le PLA et l’ABS, la résine ne fond pas dans une piscine de liquide lorsqu’elle est exposée à des températures plus élevées qu’elle ne peut tolérer. La résine s’abîme lorsqu’elle est exposée à une torche, ce qui signifie qu’une couche externe brûle mais qu’elle conserve toujours sa forme. Cela signifie que Sam et l’équipe disposent de quelques secondes de mise à feu avant que la buse ne doive être remplacée. Et il existe des résines haute température disponibles qui auraient fonctionné encore mieux pour cette pièce.

Cette conception de refroidissement par vortex et le projet d’impression 3D sont vraiment remarquables. Il est difficile de croire qu’une imprimante à résine de bureau, utilisant une résine standard, puisse produire un moteur de fusée fonctionnel qui ne fond ni n’explose.

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