Application du mois : la NASA développe des antennes imprimées en 3D

La fabrication additive s’est imposée dans de nombreuses industries, dont l’aérospatiale. Une branche de ce secteur qui a également adopté la fabrication additive est celle des télécommunications. L’impression 3D permet de développer des antennes avec des conceptions améliorées et des matériaux avancés. Ces antennes sont essentielles pour la transmission de données dans les missions spatiales, car elles facilitent la communication entre les satellites, les sondes et la Terre.

Récemment, des ingénieurs du Near Space Network de la NASA et du groupe Electronics 3D Printing du Goddard Space Flight Center ont mis au point et testé une antenne imprimée en 3D à l’aide de la technologie Fortify. Le projet visait à démontrer les capacités de conception et de fabrication à faible coût d’antennes efficaces répondant aux exigences de l’industrie. L’antenne a été évaluée avec des satellites relais et lancée sur un ballon météorologique depuis l’installation scientifique Columbia de la NASA à Palestine, au Texas. Ce développement n’a pris que trois mois et représente une étape importante dans la fabrication d’équipements de communication à faible coût pour les futures missions spatiales.

L’antenne dans la chambre anéchoïque électromagnétique du Goddard Center (crédits photo : NASA/Peter Moschetti)

Le développement d’antennes imprimées en 3D présente de nombreux défis. Il est particulièrement complexe en raison de la nécessité d’intégrer des matériaux aux propriétés électromagnétiques spécifiques et d’assurer une conductivité adéquate pour la transmission des signaux. Les ingénieurs ont conçu une structure optimisée pour la transmission des données et utilisé des matériaux innovants. La NASA a indiqué « une grande partie de l’antenne est composée d’un polymère à faible résistance électrique, rempli de céramique », ce qui lui a permis d’améliorer l’accord du signal. Après la conception et l’impression, l’antenne a été testée avec les satellites relais de la NASA avant d’être essayée à haute altitude à bord d’un ballon météorologique.

Test de l’efficacité de l’antenne imprimée en 3D

L’antenne a été imprimée en 3D à l’aide de la technologie de Fortify, une startup spécialisée dans les équipements pour la fabrication de dispositifs de radiofréquence. Bien qu’elle n’ait pas précisé le modèle exact de l’imprimante utilisée, Fortify est connue pour avoir livré une imprimante Flux One au Glenn Research Center de la NASA en août de l’année dernière. L’agence a déclaré que la plateforme de Fortify permettait à ses ingénieurs de contrôler totalement les propriétés électromagnétiques et mécaniques de l’antenne, ce qui leur a permis de la fabriquer en quelques heures seulement. L’antenne obtenue est une antenne dipôle magnétoélectrique qui se caractérise par un diagramme de rayonnement en forme de beignet, une forme largement utilisée dans les télécommunications.

Fortify développe également des matériaux diélectriques pour fabriquer des composants et des dispositifs utilisés dans les systèmes de communication et de détection à large bande et à haute fréquence (crédits photo : Fortify)

Dans le cadre des essais initiaux, l’antenne a été déplacée dans la chambre anéchoïque électromagnétique du Goddard Center à Greenbelt, dans le Maryland. Cette chambre, conçue pour éliminer les interférences électromagnétiques, a permis d’évaluer avec précision les performances de l’antenne. Par la suite, des essais sur le terrain ont été menés à la Columbia Scientific Balloon Facility au Texas. Lors de ces tests, l’antenne imprimée en 3D a été comparée à une antenne satellite standard, évaluant ses performances sous différents angles et à différentes altitudes.

L’antenne a également été soumise à des conditions extrêmes. Elle a été installée sur un ballon météorologique qui a été élevé à 100 000 pieds, soit un peu plus de 30 kilomètres, afin de vérifier sa capacité à envoyer et à recevoir des données. À la surprise générale, l’antenne a passé ces tests avec succès, confirmant ainsi sa viabilité pour de futures applications spatiales.

Cet exemple d’application de la NASA ouvre de nouvelles possibilités pour la fabrication d’antennes. Grâce au prototypage rapide et à la souplesse de conception et de matériaux qu’offre la fabrication additive, la NASA sera en mesure de développer des systèmes de communication plus efficaces, adaptés à différentes missions.

Crédits photo : 3Dnatives

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*Crédits photo de couverture : NASA/Peter Moschetti