Rám z 3D tiskárny pro optickou montáž s nejvyšší přesností

Rukáv uchopovače – hlavní nástroj pro vysoce přesné seřízení kosmických komponent – sestává ze statické a pohyblivé části. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Rukáv uchopovače – hlavní nástroj pro vysoce přesné seřízení kosmických komponent – sestává ze statické a pohyblivé části. © Fraunhofer ILT, Aachen, Německo.

Umělecké ztvárnění přístroje MERLIN na základě satelitní platformy Myriade. © CNES/ilustrace David DUCROS, 2016. / Umělecký dojem z přístroje MERLIN založeného na satelitní platformě Myriade. © CNES/ilustrace David DUCROS, 2016.

V Institutu Fraunhofer pro laserovou techniku ILT v Aachenu jsou již několik let vyvíjeny a montovány laserové systémy pro vesmírné použití. Současně vědci a vědkyně z Aachenu také zkoumají technologie pro kovový 3D tisk. S technologií Laser Powder Bed Fusion (LPBF) byl poprvé vyvinut a sestaven nový přesný uchopovací rameno z kovového prášku ve spolupráci s katedrou pro digitální aditivní výrobu DAP – což je novinka pro montáž vesmírných komponentů v čistém prostředí! Uchopovací rameno je lehčí než jeho předchůdce a přesto dostatečně stabilní, aby mohl ultranávazně montovat a seřizovat těžší laserové optiky.

Laserové systémy pro vesmírné použití

Vibrační zkoušky a klimatická komora – to jsou typické stanice při kvalifikaci laserového systému pro vesmírné použití. Přes nejvyšší zátěže musí systémy zůstat mikrometrově přesně seřizované, aby mohly bezpečně pracovat ve vesmíru.

V posledních letech byl v Institutu Fraunhofer ILT v Aachenu vyvinut a stále vylepšován montážní systém pro takové laserové systémy. Přitom spolupracují experti z Fraunhofer ILT s partnery jako DLR, Airbus Defence and Space, TESAT Spacecom a ESA na výstavbě složitých optických systémů. Pro sestavení těchto optických systémů jsou používány nejmodernější technologie: všechny klíčové kroky seřízení jsou prováděny ručně řízenými roboty metodou Pick & Align. Klíčovým nástrojem je uchopovací rameno. Je umístěno na hexapodě a přesně mikrometrově umisťuje součásti do optické konstrukce. Tam jsou seřizovány na několik mikro-rad a fixovány pomocí pájení. Konstrukce uchopovacího ramene je rozhodující pro přesnost montáže a určuje také maximální hmotnost optických komponentů.

S bionickým designem a aditivními metodami k větší nosnosti

Pro další zvýšení výkonu konstrukční technologie vyvinul Fraunhofer ILT úplně nové uchopovací rameno. Po jeho konstrukci kolegové z katedry digitální aditivní výroby DAP na RWTH Aachen University navrhli bionické struktury tak, aby při menší vlastní hmotnosti mohla být zvýšena jeho užitečná zatížitelnost. Topologicky optimalizované uchopovací rameno bylo nakonec vyrobeno metodou Laser Powder Bed Fusion (LPBF) také na katedře DAP. Díky speciální následné úpravě dosahuje rameno čistoty třídy ISO5. To je naprostá novinka – dosud bránily zbytky prášku na součástkách použití aditivních metod u takových přesných nástrojů v čistém prostředí. Nové uchopovací rameno je dvoudílné s pevným a pohyblivým dílem. Přívody potřebných médií jsou integrovány do ramene, aby se minimalizovalo znečištění.

Pro mise budoucnosti

Tento přesný nástroj pohybuje výrazně těžšími díly než dosud používané nástroje, zároveň umožňuje stabilnější seřízení. „Tuto technologii používáme na nové cestě. Nejde jen o to, že se nejdříve navrhne a pak se zjistí, zda má součástka požadované vlastnosti, ale geometrii součástky optimalizujeme pro zatěžovací scénáře,“ popisuje Michael Janßen, který již léta navrhuje uchopovače pro montáž v Institutu Fraunhofer ILT.

Nový uchopovač je používán v rámci FULAS – univerzální technologické platformy, kterou Aachenčané vyvinuli pro výstavbu laserových systémů v leteckých a kosmických projektech. „Do výroby nového uchopovače jsme vložili zkušenosti z celého vývoje FULAS,“ shrnuje vedoucí projektu Heinrich Faidel z Fraunhofer ILT aktivity. Systém založený na FULAS je momentálně ve výstavbě pro německo-francouzskou klimatickou misi MERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission). Malý satelit MERLIN má být vypuštěn z Kourou v Francouzské Guayaně do vesmíru, aby mapoval rozložení metanu v atmosféře Země. Hlavní součástí satelitu je LIDAR laser, který vysílá světelné pulzy do atmosféry a z odraženého světla určuje koncentraci metanu.