Deux projets financés par la NASA mettent en lumière l’utilisation d’un matériau qui n’est pas toujours utilisé dans la fabrication additive des métaux : le nitinol.
Cet alliage métallique composé de nickel (Ni) et de titane (Ti) (généralement environ 55 % de nickel et 45 % de titane) est connu pour sa mémoire de forme et sa superélasticité. Cela signifie qu’il peut être déformé à une certaine température et reprendre sa forme initiale lorsqu’il est chauffé. Il peut également subir de grandes déformations et reprendre sa forme initiale sans déformation permanente, contrairement à la plupart des métaux.
Ces propriétés rendent le nitinol très utile dans les applications où la flexibilité, la résilience et la réactivité à la température sont importantes.
Dans les projets menés par la Penn State University et l’Arizona State University et soutenus par l’Application Innovation Group de 3D Systems, ce matériau est exploré avec le titane et le portefeuille technologique de 3D Systems pour permettre des alternatives aux solutions actuelles de gestion thermique. Les solutions de 3D Systems qui sont utilisées comprennent la technologie d’impression directe sur métal (DMP) et le logiciel 3DXpert® d’Oqton.
Focus sur une application: les caloducs
Pour l’un des projets, les équipes ont pu établir des processus pour construire des caloducs passifs intégrés à haute température dans des radiateurs à rejet de chaleur fabriqués de manière additive en titane.
Ces radiateurs à caloducs sont 50 % plus légers par surface avec des températures de fonctionnement plus élevées par rapport aux radiateurs actuels, ce qui leur permet de diffuser la chaleur plus efficacement pour les systèmes à haute puissance.
Pour l’autre projet, les équipes ont mis au point un processus de fabrication additive de l’une des premières pièces fonctionnelles utilisant des alliages à mémoire de forme nickel-titane (nitinol) qui peuvent être actionnés et déployés passivement lorsqu’ils sont chauffés. Ce radiateur passif en alliage à mémoire de forme (SMA) devrait permettre d’obtenir un ratio de surface déployée/rangée 6 fois supérieur à celui des solutions actuellement disponibles, ce qui permettra de réaliser de futures missions scientifiques et de communication à haute puissance dans un volume restreint de CubeSat. Lorsqu’ils sont déployés sur des engins spatiaux, tels que des satellites, ces radiateurs peuvent augmenter les niveaux de puissance de fonctionnement et réduire les contraintes thermiques sur les composants sensibles, ce qui permet d’éviter les pannes et de prolonger la durée de vie du satellite.
Traditionnellement, les caloducs sont fabriqués selon des processus complexes afin de former des structures internes poreuses qui font circuler passivement le fluide pour un transfert de chaleur efficace. En utilisant le logiciel Oqton de 3DXpert®, l’équipe du projet Penn State/Arizona State/NASA Glenn/3D Systems a intégré un réseau poreux intégral dans les parois des caloducs, évitant ainsi des étapes ultérieures de fabrication et une variabilité en résultant. Les radiateurs à caloducs monolithiques ont été fabriqués en titane et en nitinol grâce à la technologie DMP de 3D Systems. Les prototypes de radiateurs à caloducs titane-eau ont fonctionné avec succès à des températures de 230 °C et pèsent 50 % de moins (3 kg/m2 contre plus de 6 kg/m2), ce qui répond aux objectifs de la NASA en matière d’efficacité du transfert de chaleur et de réduction des coûts de lancement pour les applications spatiales, un communiqué explique.
La prochaine étape pour l’équipe Penn State/NASA Glenn/3D Systems est de développer un processus d’impression 3D de radiateurs à déploiement passif avec des alliages à mémoire de forme.
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