Brazo robótico de la impresora 3D para el montaje óptico con la máxima precisión

El brazo de agarre – la herramienta central para el alineamiento de alta precisión de los componentes espaciales – consta de una parte estática y una parte móvil. © Fraunhofer ILT, Aachen. / The gripper arm – the central tool for the high-precision alignment of space components – consists of a static and a moving part. © Fraunhofer ILT, Aachen, Germany.

Representación artística del instrumento MERLIN basada en la plataforma satelital Myriade. © CNES/ilustración David DUCROS, 2016. / Una impresión del artista del instrumento MERLIN basada en la plataforma satelital Myriade. © CNES/ilustración David DUCROS, 2016.

En el Instituto Fraunhofer para Tecnología Láser ILT en Aachen, se desarrollan y ensamblan sistemas láser para su uso en el espacio desde hace varios años. Al mismo tiempo, los científicos y científicas de Aachen también investigan tecnologías para la impresión 3D metálica. Con el método Laser Powder Bed Fusion (LPBF), se desarrolló y construyó por primera vez un nuevo brazo de agarre de precisión hecho de polvo metálico en colaboración con la cátedra de Producción Aditiva Digital DAP, para el montaje de componentes espaciales en salas limpias, ¡una novedad! El brazo de agarre es más ligero que su predecesor y, sin embargo, lo suficientemente estable para montar y ajustar con ultrafina precisión ópticas láser más pesadas.

Sistemas láser para uso en el espacio

Prueba de vibración y cámara climática: estas son estaciones típicas en la calificación de un sistema láser para uso en el espacio. A pesar de las cargas extremas, los sistemas deben mantenerse ajustados con micrómetros de precisión para poder trabajar de manera segura en el espacio.

En el ILT de Fraunhofer en Aachen, en los últimos años se ha desarrollado y mejorado continuamente la técnica de montaje para dichos sistemas láser. Los expertos y expertas del ILT de Fraunhofer trabajan en colaboración con socios como DLR, Airbus Defence and Space, TESAT Spacecom y la ESA para construir sistemas ópticos complejos. Para la construcción de estos sistemas ópticos, se emplean tecnologías de vanguardia: todos los pasos de ajuste esenciales se realizan con robots guiados manualmente mediante el método Pick & Align. Una herramienta central es el brazo de agarre. Está montado en un hexápodo y posiciona las piezas con precisión micrométrica en la estructura óptica. Allí, se ajustan con precisión de pocos micrómetros y se fijan mediante soldadura. La construcción del brazo de agarre es crucial para la precisión del montaje y también determina el peso máximo de los componentes ópticos.

Con diseño biónico y métodos aditivos hacia mayor capacidad de carga

Para aumentar aún más la capacidad de la tecnología de montaje, el ILT de Fraunhofer desarrolló un brazo de agarre completamente nuevo. Tras su diseño, los colegas de la cátedra de Producción Aditiva Digital DAP de la Universidad RWTH Aachen también diseñaron las estructuras biónicas de modo que, con un peso propio menor, se pudiera aumentar la carga útil. Finalmente, el brazo de agarre optimizado topológicamente se fabricó mediante Laser Powder Bed Fusion (LPBF), también en la cátedra DAP. Gracias a un tratamiento posterior especial, el brazo de agarre alcanza la clase de sala limpia ISO5. Esto es una novedad absoluta: hasta ahora, el polvo residual en las piezas impedía el uso de métodos aditivos en herramientas de precisión en salas limpias. El nuevo brazo de agarre está dividido en una parte estática y una parte móvil. Las líneas de suministro para los medios necesarios están integradas en el brazo de agarre para minimizar la contaminación.

Para las misiones del futuro

Esta herramienta de precisión mueve piezas mucho más pesadas que la herramienta utilizada hasta ahora, y al mismo tiempo permite un ajuste más estable. "Con esta tecnología, estamos emprendiendo un camino completamente nuevo para nosotros. No se diseña primero y luego se verifica si la pieza tiene las propiedades deseadas, sino que la geometría de la pieza se optimiza para los escenarios de carga", explica Michael Jansen, quien desde hace años diseña los agarres para el montaje en el ILT de Fraunhofer, sobre el procedimiento.

El nuevo agarre se utiliza en el marco de FULAS, una plataforma tecnológica universal que los Aacheneses han desarrollado para la construcción de sistemas láser en proyectos aeroespaciales. "Hemos aportado toda la experiencia adquirida en la fabricación del nuevo agarre al desarrollo completo de FULAS", resume el director del proyecto Heinrich Faidel del ILT de Fraunhofer, sobre las actividades. Actualmente, se está construyendo un sistema basado en FULAS para la misión climática franco-alemana MERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission). El nanosatélite MERLIN será lanzado desde Kourou, Guayana Francesa, al espacio para cartografiar la distribución de metano en la atmósfera terrestre. La componente central del satélite es un láser LIDAR que envía pulsos de luz a la atmósfera y determina la concentración de metano a partir de la luz reflejada."