Prusament vise la dernière frontière ! Nous lançons le PC Space Grade Black – un matériau développé pour l’industrie spatiale et les applications de la physique des particules. Ses principaux avantages sont ses propriétés antistatiques et son très faible dégazage. De plus, son prix abordable et sa facilité d’impression sur les imprimantes de bureau courantes en font quelque chose d’unique dans cette industrie. En raison de ses excellentes propriétés antistatiques et de sa compatibilité avec les imprimantes 3D de bureau, il convient non seulement aux pièces exposées à l’espace, mais également aux projets personnels avancés, tels que les boîtiers pour appareils électroniques et plus encore. Examinons de plus près les propriétés de ce matériau révolutionnaire.

Matériau haut de gamme accessible à tous

Notre objectif était de créer un matériau professionnel, mais abordable, qui faciliterait le prototypage et la fabrication de composants spatiaux. Jusqu’à présent, seuls des matériaux coûteux comme le PEEK, le PEKK et le PEI dotés de propriétés antistatiques étaient adaptés dans ce domaine. Tous ces matériaux nécessitent des imprimantes industrielles très coûteuses. Le Prusament PC Space Grade Black peut être imprimé sur la plupart des imprimantes 3D Prusa, ce qui réduit considérablement le prix final des composants fabriqués et augmente considérablement l’accessibilité pour tous.

Prusa CORE One avec du Prusament PC Space Grade Black

Exigences en matière d’applications spatiales

Pour être utilisable dans l’espace, le matériau doit posséder un ensemble de propriétés spécifiques pour survivre à un environnement difficile. Certaines d’entre elles sont relativement faciles à obtenir (résistance thermique et mécanique), tandis que d’autres sont plus difficiles (propriétés de dégazage et antistatiques). Ces propriétés sont testées dans des laboratoires certifiés (ESA, CERN…), et le matériau est ensuite classé pour des domaines d’application plus spécifiques en fonction des résultats.

Pour le Prusament PC Space Grade Black, nous visons à atteindre la classification la plus élevée pour les polymères, ce qui permettrait au matériau d’être utilisé pour des composants structurels, tels que des cartes de CubeSat. Il reste encore quelques étapes avant d’en arriver là, car nous attendons toujours les résultats de plusieurs tests. Nous avons cependant déjà franchi les étapes les plus difficiles et nous pouvons désormais dire que notre matériau est déjà adapté aux applications spatiales moins exigeantes. Cela inclut les composants soumis à des niveaux de contrainte plus faibles, tels que les boîtiers électroniques, les supports de fils, etc. Jetons un œil aux résultats que nous pouvons déjà fournir.

L’une des applications spatiales les moins exigeantes : le Prusament PC Space Grade Black a été utilisé comme butée d’un déployeur de cubesat conçu par TRL Space.

Dégazage

De loin, la plus grande réussite est le niveau de dégazage. En général, divers monomères résiduels ou produits de dégradation des polymères sont libérés des polymères sous vide. Cela peut affecter, voire endommager, l’électronique utilisée sur le satellite (ou toute autre machine de précision). Les gaz libérés peuvent contaminer les dispositifs optiques ou provoquer des mesures inexactes de capteurs précis. Et enfin, la libération de gaz elle-même peut diminuer les propriétés physiques et mécaniques du matériau.

La fabrication de polymères thermoplastiques à faible niveau de dégazage est un grand défi, et elle est généralement réalisée à l’aide de matériaux de qualité industrielle coûteux, tels que le PEKK et le PEEK. Nous avons pu répondre aux exigences strictes définies par l’Agence spatiale européenne en utilisant du PC (polycarbonate), un matériau relativement bon marché, courant et facile à imprimer.

Le test de dégazage a été réalisé sur des échantillons imprimés en 3D dans un laboratoire affilié à l’ESA. Ci-dessous, nous indiquons les résultats, mais vous pouvez télécharger le rapport complet ici.

Valeurs de dégazage mesurées et méthodes utilisées :

TML (perte de masse totale) : Un échantillon est pesé, exposé à une température spécifique sous vide poussé, puis pesé à nouveau. La perte de masse est représentée en pourcentage. La limite de l’ESA est de 1% ; le Prusament PC Space Grade Black a atteint 0,25%.

CVCM (Matière Volatile Condensable Collectée) : La quantité de composés organiques libérés par le matériau sous une température constante spécifique sous vide, qui est collectée par l’appareil de mesure. La limite indiquée par l’ESA est moins de 0,1% ; le Prusament PC Space Grade Black a atteint un 0,00% parfait.

RML (perte de masse récupérée) : La perte de masse totale sans eau absorbée. Tout d’abord, l’échantillon est pesé, puis exposé à une température spécifique sous vide pendant une durée déterminée. Ensuite, il est exposé à une température ambiante (22 ± 3 °C) et à une humidité relative de 65%. Enfin, on pèse à nouveau et on calcule la perte de masse finale en %. La limite maximale indiquée par l’ESA est de 1,0% ; le Prusament PC Space Grade Black a atteint 0,12%.

Prototypes de structures de CubeSat conçus et imprimés en 3D par TRL Space

Propriétés de dissipation électrostatique (ESD)

Une autre caractéristique nécessaire à l’utilisation de composants spatiaux est la dissipation électrostatique. Cette qualité est importante non seulement pour les ingénieurs spatiaux, mais aussi pour tous ceux qui travaillent avec des appareils électroniques.

Les polymères couramment utilisés peuvent être divisés en 3 groupes selon leur conductivité : les isolants, les matériaux dissipatifs et les matériaux conducteurs. La plupart des matériaux utilisés dans l’impression 3D FFF/FDM ont des propriétés isolantes. Ces matériaux ne conviennent pas à l’impression de pièces en contact direct avec l’électronique, car ils ne sont pas capables de dissiper une décharge électrostatique.

Cependant, la résistivité du matériau peut être abaissée avec divers additifs. Ces filaments modifiés deviennent alors dissipatifs et peuvent être trouvés sur le marché sous le label « ESD-safe » (antistatique). La résistance mesurée des matériaux dissipatifs varie entre 10⁴ et 10¹¹ Ohms. Tout ce qui a une résistance plus élevée est considéré comme isolant et tout ce qui a des valeurs inférieures est considéré comme un matériau conducteur.

Nous avons mesuré à la fois le volume et la résistivité superficielle d’échantillons imprimés en 3D avec du Prusament PC Space Grade Black, et les résultats ont confirmé la nature hautement dissipative du matériau. La résistivité volumique a été mesurée à 2,2×10⁴ Ω⋅m, tandis que la résistivité superficielle était de 6×10⁷ Ω/sq Ces valeurs exceptionnelles ont été obtenues directement à partir des échantillons imprimés en 3D, sans aucun post-traitement, tel que la recuisson ou le ponçage, ce qui témoigne des performances ESD inhérentes et régulières du filament. Cela démontre que les pièces peuvent être imprimées et immédiatement mises en service pour une large gamme d’applications nécessitant une dissipation électrostatique fiable.

Prototype de déployeur de CubeSat réalisé par TRL Space avec des composants imprimés avec du Prusament PC Space Grade

Propriétés mécaniques

Au début de notre projet commun avec TRL Space, nous avons réalisé une simulation par la méthode des éléments finis pour un design de CubeSat seul et établi les valeurs minimales requises pour les propriétés mécaniques que les pièces imprimées en 3D doivent dépasser. Ces valeurs minimales étaient de 70 MPa pour la résistance à la traction, de 2 GPa pour le module de traction, de 10 MPa pour l’adhérence intercouche et de 100 °C pour la température de déflexion à chaud (HDT).

Nous sommes heureux d’annoncer que le Prusament PC Space Grade Black a dépassé avec succès ces critères puisque nous avons atteint :

• Résistance à la traction : 75 MPa
• Module de traction : 3,7 GPa
• Adhésion intercouche : 18 MPa
• HDT : 137,6 °C à une charge de 0,45 MPa

Le dépassement de ces valeurs (ainsi que les propriétés de dégazage et ESD) fait du filament un candidat solide en tant que matériau abordable adapté à la future production de CubeSat. Vous trouverez plus de détails sur les propriétés mécaniques dans la fiche technique.

Prix, poids et couleur

Les additifs de carbone à l’intérieur du filament lui confèrent une couleur noire spécifique avec une finition satinée. La structure de surface de l’objet imprimé peut légèrement ressembler à d’autres filaments remplis de carbone, tels que le Prusament PC Blend Carbon Fiber.

Vous pouvez obtenir la bobine de 850 g pour 229 USD / 249 € (TVA incl.)

Propriétés d’impression

Le Prusament PC Space Grade Black peut être imprimé sur des imprimantes 3D de bureau courantes, tout comme les polycarbonates ordinaires. Le filament présente peu ou pas de déformation. Des modèles aussi grands que 200×200 mm peuvent être imprimés en toute sécurité sur les imprimantes 3D Prusa sans aucun problème.

• Profils d’imprimante 3D pris en charge : Prusa CORE One, MK4S, XL, Prusa Pro HT90 (Des imprimantes 3D tierces peuvent également être utilisées)
• Température de la buse/du plateau : 290 / 120 °C
• Buse : Durcie de 0,4 mm ou plus
• Plaques d’impression recommandées : Satinée, TXT, PP
• Enceinte : Non nécessaire

Nous recommandons de sécher le filament avant l’impression (6h à 60 °C) et de le conserver dans une boîte sèche pendant l’impression pour obtenir les meilleurs résultats. Du Prusament PC Space Grade Black sec offre une précision dimensionnelle exceptionnelle et les meilleures propriétés mécaniques et de dégazage.

Impressions d’exemple

CubeSat 1u (Composant utilisable dans l’Espace)	4.7L Mini ITX case par eCrowne (Exemple de composant protégé contre les décharges électrostatiques)
Falcon 9 grid fin coaster par Sebastián Alejandro (Modèle esthétique sur le thème de l’espace)	Engine Block V6 par Prusa Research (Encore un exemple d’une belle impression 3D)

Processus traçable

Nous offrons un autre avantage significatif : l’ensemble du processus de fabrication du composant est traçable du début à la fin. D’abord, nous fournissons des données sur la fabrication des filaments pour toutes les bobines de Prusament, y compris la régularité du diamètre, le poids, la longueur, l’ovalité et l’écart type. Deuxièmement, vous pouvez suivre la progression de votre impression 3D, y compris la télémétrie, via Prusa Connect.

Mais ce n’est pas tout. Avec un peu de chance, nous obtiendrons des résultats suffisamment bons pour qualifier le Prusament PC Space Grade Black pour la catégorie la plus élevée de polymères utilisés dans les applications spatiales. Enfin, il convient de mentionner que nous croyons tellement en ce Prusament qu’il s’agit de notre premier filament pour lequel nous avons déposé une demande de brevet.

De plus, si vous avez des idées de coopération concernant le Prusament PC Space Grade Black, contactez-nous sur [email protected]. Nous serons heureux de participer à tout projet lié à l’espace.

Vous aimez notre nouveau Prusament ? Faites-le nous savoir dans les commentaires.

Bonne impression !