3D nyomtatóból készült fogó a optikai összeszereléshez, a legmagasabb pontossággal

A fogantyú – a magas precizitású űrkomponensek beállításának központi eszköze – egy statikus és egy mozgó részből áll. © Fraunhofer ILT, Aachen. / A fogantyú – a magas precizitású űrkomponensek beállításának központi eszköze – egy statikus és egy mozgó részből áll. © Fraunhofer ILT, Aachen, Németország.

Művészi ábrázolás a MERLIN műszerről a Myriade műholdplatform alapján. © CNES/illusztráció David DUCROS, 2016. / Egy művész által készített benyomás a MERLIN műszerről, a Myriad műholdplatform alapján. © CNES/illusztráció David DUCROS, 2016.

Az Aachen-i Fraunhofer Lézertechnikai Intézetben (ILT) már néhány éve fejlesztenek és szerelnek össze lézeres rendszereket űrbeli alkalmazásra. Egyidejűleg az Aachen-i tudósok technológiákat kutatnak a fémből készült 3D nyomtatáshoz is. A Laser Powder Bed Fusion (LPBF) eljárással először egy új precíziós fogókar készült fémporból, a Digital Additive Production (DAP) tanszékkel együttműködve – ez újdonság a tisztatéri űrbeli összeszerelésben! A fogókar könnyebb, mint elődje, ugyanakkor elég stabil ahhoz, hogy nehéz lézeroptikákat ultranagy pontossággal szereljen és hangoljon.

Lézeres rendszerek űrbeli alkalmazásra

Rezgéspróba és klimakamra – ezek tipikus állomások egy lézeres rendszer űrbeli alkalmazásra való minősítésénél. A legmagasabb igénybevétel mellett is a rendszerek mikrométerpontosságú beállításban maradnak, hogy biztonságosan működjenek az űrben.

A Fraunhofer ILT Aachen-ben az elmúlt években kifejlesztették és folyamatosan finomították az ilyen lézeres rendszerek szerelési technológiáját. A szakértők a Fraunhofer ILT-től olyan partnerekkel dolgoznak együtt, mint a DLR, az Airbus Defence and Space, a TESAT Spacecom és az ESA, hogy összetett optikai rendszereket építsenek. Ezekhez a rendszerekhez a legmodernebb technológiákat alkalmazzák: minden lényeges beállítási lépést kézi irányítású robotok végeznek Pick & Align módszerrel. Egy központi eszköz a fogókar. Ez egy hexapodra van szerelve, és mikrométerpontossággal helyezi el a részegységeket az optikai felépítésben. Ott ezeket néhány mikroradban pontosan beállítják, majd forrasztással rögzítik. A fogókar felépítése döntő a szerelés precizitásában, és meghatározza az optikai komponensek maximális súlyát is.

Bionikus tervezéssel és additív módszerekkel nagyobb teherbírásért

Az alkalmazási technológia további fejlesztése érdekében a Fraunhofer ILT egy teljesen új fogókarot tervezett. A konstrukció után a Digital Additive Production (DAP) tanszék munkatársai a RWTH Aachen Egyetemen a bionikus struktúrákat úgy alakították ki, hogy kisebb saját tömeggel növelni tudják a hasznos terhelést. A topológia-optimalizált fogókar végül LPBF módszerrel készült a DAP tanszéken. Különleges utófeldolgozásnak köszönhetően a fogókar eléri az ISO5 tisztatéri osztályt. Ez abszolút újdonság – eddig a maradék por akadályozta az additív módszerek alkalmazását ilyen precíziós szerszámoknál tisztatéri környezetben. Az új fogókar két részből áll: egy statikus és egy mozgó részből. A szükséges közegellátó csövek be vannak építve a fogókarba a szennyeződés minimalizálása érdekében.

A jövő küldetéseire

Ez a precíziós szerszám jelentősen nehezebb részeket mozgat, mint az eddig használt eszköz, ugyanakkor stabilabb beállítást tesz lehetővé. „Ezzel a technológiával egy új utat járunk be. Nem először tervezzük meg a részegységet, majd nézzük meg, hogy megfelel-e a kívánt tulajdonságoknak, hanem a részegység geometriáját optimalizáljuk a terhelési forgatókönyvekhez,” írja Michael Janßen, aki évek óta a Fraunhofer ILT-nél dolgozik a szerelőszerkezetek tervezésén, így az eljárásról.

Az új fogókar a FULAS keretében kerül alkalmazásra – ez egy univerzális technológiai platform, amelyet az Aachen-i mérnökök fejlesztettek ki lézeres rendszerek építésére légi- és űrprojektekhez. „A teljes FULAS fejlesztés tapasztalatait beépítettük az új fogókar gyártásába,” összegzi Heinrich Faidel, a Fraunhofer ILT projektvezetője. Egy FULAS-alapú rendszer jelenleg a német-francia MERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission) klímaküldetéshez készül. A MERLIN műholdat Kourou-ból, Francia-Guyanából indítják az űrbe, hogy feltérképezze a metán eloszlását a Föld légkörében. A műhold egyik fő alkotóeleme egy LIDAR lézer, amely fényimpulzusokat küld az atmoszférába, és a visszavert fényből határozza meg a metán koncentrációját.