OHB System AG a Fraunhofer IAPT vyvíjejí řetězec procesů pro aditivní výrobu optimalizovaných dílů

Držák reakčního kola (materiál: Ti-6Al-4V). (Zdroj: Catharina Clemens; Copyright: Fraunhofer IAPT)

Spojovací prvek (materiál: Ti-6Al-4V). (Zdroj: OHB System AG; Autorské právo: OHB System AG)

Zavedení aditivní výroby vyžaduje spolehlivé dodržování všech odvětvových požadavků na kvalitu a standardy. Jak se to daří, ukazuje projekt OHB System AG a Fraunhofer IAPT. Organizace vypracovaly pravidla návrhu a výroby, stejně jako směrnice a procesy pro validaci a výrobu optimalizovaných kosmických komponentů s využitím technologie aditivní výroby PBF-LB/M, které následně využily k optimalizaci tří satelitních součástí.

V projektu »AM Maturation« vyvinuly OHB System AG a Fraunhofer IAPT na základě zadání Evropské kosmické agentury ESA aditivní výrobní řetězec. Vycházejíce z odvětvových požadavků na komponenty a výrobní procesy, definovali projektoví partneři individuální výrobní řetězec pro výrobu pomocí PBF-LB/M a optimalizovali tři satelitní komponenty v rámci aditivní výrobní trasy.

Příležitosti a výzvy při zavádění aditivní výroby

Aditivní výroba (anglicky Additive Manufacturing – zkráceně AM) podporuje inovační schopnosti všech výrobních odvětví a může dlouhodobě snižovat náklady. V kosmickém průmyslu například AM zvyšuje výkon satelitů a kosmických lodí. Odvětví těží zejména z procesu PBF-LB/M, který umožňuje zvýšení výkonu díky volnosti designu PBF-LB/M a funkční integraci. Dále lze snížit hmotnost komponentů, náklady na montáž a integraci, stejně jako dobu vývoje a výroby.

Zároveň však úspěšná implementace aditivních technologií vyžaduje dodržování kvalitativních a odvětvových standardů po celou dobu výrobního procesu. Robustní výrobní řetězec je proto klíčový pro úspěšnou aditivní výrobu komponentů, které podléhají odvětvovým, kvalitativním a bezpečnostním normám.

Tři satelitní komponenty ověřují řetězec AM

Pro zavedení aditivní výroby pro výrobu komponentů pro kosmický průmysl vypracovaly OHB System AG a Fraunhofer IAPT pravidla návrhu, výroby a validace, stejně jako procesy pro aditivně vyráběné součásti. Validace přístupu byla úspěšná díky optimalizaci strukturálních i opto-mechanických komponentů pro použití na satelitních platformách a v přístrojích.

Pro zavedení výrobního řetězce nejprve proběhly transfery know-how, zkoušky materiálů a srovnání dodavatelů. Realizace ověřených postupů začala návrhem tří stále složitějších kosmických komponentů s optimalizovaným výkonem: spojovacího prvku, držáku reakčního kola a dvojitého zrcadla.

Výroba byla provedena pomocí PBF-LB/M jako nejvhodnější technologie pro požadavky OHB System AG a v procesu odpovídajícím kosmickým normám. Při následném zpracování byly například prováděny povrchové úpravy – například na zrcadlových plochách – pro další zlepšení. Konečné testy všech komponentů sloužily k ověření jejich vlastností.

PBF-LB/M a výhody pro satelitní projekty

Fraunhofer IAPT a OHB se podařilo vyvinout a optimalizovat průběžný a robustní řetězec AM pro PBF-LB/M. Patří sem rozvoj kompetencí v oblasti návrhu a verifikace a vybudování spolehlivého dodavatelského řetězce pro titanové a hliníkové komponenty.

U reprezentativně vyrobených satelitních komponentů přinesla aditivní výrobní trasa různé výhody. Například u spojovacího prvku vyvinutého v projektu bylo dosaženo stanovených tuhostních vlastností díky kontrolované a optimální rozložení hmotnosti. Držák reakčního kola je díky přímo vloženým zacvakávacím maticím jednodušší na integraci a montáž. Navíc se zkrátila doba vývoje pro přizpůsobení změněným podmínkám. U složitějšího zrcadla, které je nejkomplexnější ze tří komponentů, aditivní výroba dosáhla nižší tepelné deformace tělesa zrcadla díky optimalizovaným montážním bodům a lepším optickým vlastnostem díky vyšší tepelné stabilitě. Dále bylo možné dosáhnout snížení hmotnosti až o 45 procent.

Dr. Marco Mulser, vedoucí technologické koordinace OHB System AG, shrnuje: „S pomocí Fraunhofer IAPT dokázala OHB vybudovat spolehlivý výrobní řetězec, který nám nyní umožňuje používat AM komponenty ve vysoké kvalitě na našich satelitních projektech.“