OHB System AG i Fraunhofer IAPT opracowują łańcuch procesów dla addytywnej produkcji zoptymalizowanych elementów

Uchwyt do tarczy reakcyjnej (materiał: Ti-6Al-4V). (Źródło: Catharina Clemens; Copyright: Fraunhofer IAPT)

Element Verbindung (Material: Ti-6Al-4V). (Quelle: OHB System AG; Copyright: OHB System AG)

Wprowadzenie produkcji addytywnej wymaga niezawodnego przestrzegania wszelkich branżowych wymagań dotyczących jakości i standardów. Jak to osiągnąć, pokazuje projekt OHB System AG i Fraunhofer IAPT. Organizacje opracowały zasady projektowania i produkcji oraz wytyczne i procesy weryfikacji i wytwarzania zoptymalizowanych komponentów kosmicznych z technologią produkcji addytywnej PBF-LB/M, które zostały wykorzystane do optymalizacji trzech elementów satelitarnych.

W projekcie »AM Maturation« OHB System AG i jednostka Fraunhofer ds. technologii produkcji addytywnej IAPT na zlecenie Europejskiej Agencji Kosmicznej ESA opracowały łańcuch procesów addytywnych. Opierając się na branżowych wymaganiach dotyczących komponentów i procesów produkcyjnych, partnerzy projektu zdefiniowali indywidualny łańcuch procesów do wytwarzania metodą PBF-LB/M i zoptymalizowali trzy komponenty satelitarne na drodze produkcji addytywnej.

Szanse i wyzwania przy wprowadzaniu produkcji addytywnej

Produkcja addytywna (ang. Additive Manufacturing – krótko AM) wspiera innowacyjność wszystkich branż produkcyjnych i może na dłuższą metę obniżyć koszty. W kosmosie AM na przykład zwiększa wydajność satelitów i statków kosmicznych. Branża szczególnie korzysta z procesu PBF-LB/M, który umożliwia zwiększenie wydajności dzięki swobodzie projektowania w PBF-LB/M i funkcjonalnej integracji. Dodatkowo można zmniejszyć masę komponentów, nakład pracy na montaż i integrację oraz czas rozwoju i produkcji.

Jednocześnie skuteczna implementacja technologii addytywnych wymaga przestrzegania standardów jakości i branżowych podczas całego procesu produkcyjnego. Solidny łańcuch produkcyjny jest zatem niezbędny dla skutecznej produkcji addytywnej komponentów, które podlegają standardom branżowym, jakościowym i bezpieczeństwa.

Trzy elementy satelitarne weryfikują łańcuch procesów AM

Aby umożliwić produkcję addytywną komponentów do zastosowań kosmicznych, OHB System AG i Fraunhofer IAPT opracowały zasady projektowania, produkcji i weryfikacji oraz procesy dla addytywnie wytwarzanych elementów. Weryfikacja podejścia powiodła się dzięki optymalizacji elementów strukturalnych i opto-mechanicznych do zastosowania na platformach satelitarnych i w instrumentach.

W celu ustanowienia łańcucha procesów najpierw przeprowadzono transfer wiedzy, badania materiałowe i benchmarki dostawców. Realizacja zweryfikowanych procedur rozpoczęła się od projektu AM trzech coraz bardziej skomplikowanych komponentów kosmicznych o zoptymalizowanej wydajności: elementu łączącego, uchwytu na koło reakcyjne i podwójnego zwierciadła.

Produkcja została przeprowadzona technologią PBF-LB/M, która jest najbardziej odpowiednia dla wymagań OHB System AG, w procesie spełniającym standardy kosmiczne. W obróbce końcowej przeprowadzono między innymi zabiegi powierzchniowe – na przykład na powierzchniach lustra – w celu dalszej poprawy. Ostateczne testy wszystkich elementów służyły weryfikacji.

PBF-LB/M i korzyści dla projektów satelitarnych

Fraunhofer IAPT i OHB opracowały i zoptymalizowały spójny i niezawodny łańcuch procesów AM dla PBF-LB/M. Do tego należą rozwój kompetencji w zakresie projektowania i weryfikacji oraz budowa niezawodnego łańcucha dostaw dla komponentów z tytanu i aluminium.

Dla reprezentatywnie wyprodukowanych elementów satelitarnych łańcuch produkcji addytywnej przyniósł różne korzyści. Należą do nich między innymi osiągnięcie określonych właściwości sztywności poprzez kontrolowaną i optymalną dystrybucję masy w rozwiniętym elemencie łączenia, opracowanym w projekcie. Uchwyt na koło reakcyjne można łatwiej zintegrować i zamontować dzięki bezpośrednio wbudowanym nakrętkom na klik. Ponadto czas rozwoju został skrócony dzięki możliwości szybkiej adaptacji do zmienionych warunków brzegowych. W przypadku podwójnego zwierciadła, jako najbardziej skomplikowanego z trzech elementów, technologia addytywna osiągnęła mniejszą deformację termiczną korpusu lustra dzięki zoptymalizowanym punktom mocowania i lepszym właściwościom optycznym wynikającym z wyższej stabilności termicznej. Dodatkowo możliwe są redukcje masy do 45 procent.

Dr Marco Mulser, kierownik ds. koordynacji technologii w OHB System AG, podsumowuje: „Dzięki Fraunhofer IAPT OHB mógł zbudować niezawodny łańcuch procesów, który teraz pozwala nam na stosowanie komponentów AM o wysokiej jakości w naszych projektach satelitarnych.”