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Des élèves utilisent l’impression 3D pour une expérience spatiale

Des élèves utilisent l’impression 3D pour une expérience spatiale


« Nos élèves peuvent mettre sur leur CV qu’ils ont conçus et construit un instrument qui vole sur la Station spatiale Internationale. »
Matthew Brown, professeur d’ingénierie, Lakewood High School et Warren Technical School

Un enseignant au Colorado a découvert comment utiliser l’impression 3D pour envoyer ses élèves dans l’espace. Matthew Brown enseigne l’ingénierie et design, le développement durable et la construction et l’énergie renouvelable au Lakewood High School et au Warren Technical School. Les deux établissements se trouvent dans le Comté de Jefferson, dans le Colorado. Lorsque Brown a reçu un budget pour l’achat d’un nouvel équipement il y a quelques années, il en a profité pour acheter un équipement permettant d’élever l’enseignement à un niveau supérieur.

Il a évalué les imprimantes 3D existantes en se basant sur un critère principal : la capacité de construire des pièces qui sont assez fortes et durables pour être assemblées, usinées, manipulées, testées et utilisées dans des applications du monde réel. Brown a conclu que la technologie FDM (impression en dépôt de fils) est celle qui répondait le mieux à ses exigences. Il a alors acheté une imprimante 3D Dimension BST 1200es, et a ajouté plus tard une imprimante 3D Fortus 250mc.

« Les imprimantes 3D industrielles ont permis de recruter de nouveaux étudiants », a déclaré Brown. « Quand nous avons une journée porte ouverte, j’en installe une dans le hall. Les élèves se précipitent sur elle. » Brown ajoute que le programme a doublé de volume depuis l’acquisition de sa première imprimante 3D. « Mes élèves apprennent plus durant les cours, car ils sont capables de toucher, sentir, tester et utiliser leurs projets au lieu de les visualiser tout simplement sur l’écran de l’ordinateur. En conséquence, nous conservons plus d’étudiants depuis les classes d’introduction aux classes avancées. »

Les élèves de Brown gagnent de l’expérience pratique en travaillant sur des projets de conception avec des entreprises locales. Par exemple, un groupe d’étudiants a aidé une entreprise locale à concevoir des consoles pour les bateaux de croisière. Ils ont construit des prototypes avec une imprimante 3D Dimension.

Une expérience extraordinaire

Les étudiants du comté de Jefferson ont également utilisé les imprimantes 3D pour collaborer avec un prestigieux partenaire. En 2013, la NASA a invité Brown et ses élèves à participer au High School Students United dont le but est de créer un programme Hardware (HUNCH). A travers ce programme, la NASA collabore avec des écoles pour aider les élèves à développer et tester des outils utilisés par l’institution comme des biens non durables ou du matériel. Pour leur projet, les étudiants du comté de Jefferson ont voulu cultiver avec succès des plantes qui constitueront une source de nourriture pour les astronautes et évaluer les bénéfices psychologiques potentiels.

Les plantes sont difficiles à cultiver dans l’espace, car l’absence de gravité fait que l’eau ne se comporte pas de la même manière que sur la Terre. Elle se présente sous forme de bulles et se colle aux plantes. Ceci empêche l’eau d’égoutter. Par conséquent, les plantes se noient ou pourrissent. Les étudiants ont conçu une chambre de culture, appelée hydrofuge, dans laquelle la plante est suspendue. La chambre est ensuite inondée d’une solution nutritive. Les racines y sont trempées pendant plusieurs secondes. La chambre est ensuite drainée. Une centrifugeuse fait tourner la plante pour simuler la gravité, retirant l’eau des racines. La tension superficielle retient l’eau aux coins de la chambre dans un environnement en apesanteur. L’angle spécifique formé par les côtés et le fond de la chambre attire l’eau le long des côtés au fond de la chambre par action capillaire où elle peut être pompée. Ce processus se répète plusieurs fois par jour pour fournir des nutriments à la plante.

L’impression 3D a joué un rôle fondamental dans cette expérience. « L’imprimante 3D nous a permis de réussir le processus d’ingénierie complet », a déclaré Trevor Lucero, un aîné au Lakewood High School. Les étudiants ont effectué des calculs d’ingénierie, ont développé le concept de design et ont imprimé les deux parties du système – le récipient de la centrifugeuse qui comprend la chambre de la racine et la chambre de l’eau – sur une imprimante 3D Dimension et une imprimante 3D Fortus 250mc dans du thermoplastique ABSplus. Les deux parties ont été scellées avec de la silicone de calfeutrage, puis boulonnées ensemble. Les élèves ont évalué le prototype, ont apporté des modifications au design, puis ont imprimé de nouveaux prototypes pendant la nuit avant d’effectuer des tests fonctionnels.

Test à zéro gravité

Lorsqu’ils obtiennent un design qui semble fonctionner sur la Terre, ils le testent en apesanteur au Johnson Space Center à Houston. Beaucoup de choses sont devenues évidentes durant les tests comme quels matériaux fonctionnent mieux pour le support des plantes dans un environnement de microgravité et comment utiliser une centrifugeuse pour éliminer l’eau des racines. Pour simplifier le design, ils sont passés d’un système de culture aéroponique à un système d’inondation et de drain. La taille du premier design a également été réduite de près de 75% pour la conception finale. Après cinq vols en apesanteur, le design des étudiants semblait enfin fonctionner à merveille dans un environnement en apesanteur. Cela a conduit au lancement du SpaceX CRS-6, une mission de cargaison pour ravitailler l’ISS, le 14 avril 2015. Il y a actuellement des tests effectués sur un système aquaponique pour fournir des nutriments aux plantes et créer une nouvelle source de protéines aux astronautes.

« Nos imprimantes 3D se sont avérées être un bon investissement. Imaginez un instant que nos enfants puissent mettre sur leur CV qu’ils ont conçu et construit un instrument qui se trouve sur la Station spatiale Internationale. »