Ramię chwytaka z drukarki 3D do montażu optyki z najwyższą precyzj�

Ramię chwytaka – główne narzędzie do precyzyjnego ustawiania komponentów kosmicznych – składa się z części statycznej i ruchomej. © 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.

Artystyczne przedstawienie instrumentu MERLIN na bazie platformy satelitarnej Myriade. © CNES/ilustracja David DUCROS, 2016. / Wyobrażenie artysty instrumentu MERLIN oparte na platformie satelitarnej Myriade. © CNES/ilustracja David DUCROS, 2016.

W systemach laserowych do zastosowań kosmicznych

Test wibracyjny i komora klimatyczna – to typowe etapy podczas kwalifikacji systemu laserowego do zastosowań kosmicznych. Pomimo najwyższych obciążeń systemy muszą pozostać precyzyjnie wyregulowane w mikrometrach, aby bezpiecznie działać w przestrzeni kosmicznej.

W Instytucie Fraunhofer ILT w Aachen w ostatnich latach opracowano technikę montażu takich systemów laserowych i ciągle ją udoskonala się. W tym celu eksperci Fraunhofer ILT współpracują z partnerami takimi jak DLR, Airbus Defence and Space, TESAT Spacecom oraz ESA, aby budować złożone systemy optyczne. Do budowy tych systemów optycznych stosuje się najnowocześniejsze technologie: wszystkie kluczowe kroki regulacji są wykonywane ręcznie sterowanymi robotami w procedurze Pick & Align. Kluczowym narzędziem jest chwytak. Jest on umieszczony na hexapodzie i precyzyjnie pozycjonuje elementy w układzie optycznym. Tam są one wyregulowane z dokładnością do kilku mikro-radiów i przytwierdzone lutowaniem. Konstrukcja chwytaka ma kluczowe znaczenie dla precyzji montażu i określa również maksymalną masę komponentów optycznych.

Biomimetyczny design i metody addytywne dla zwiększenia nośności

Aby dalej zwiększyć wydajność technologii montażu, Fraunhofer ILT opracował zupełnie nowy chwytak. Po jego zaprojektowaniu koleżanki i koledzy z Katedry Digital Additive Production DAP na RWTH Aachen University opracowali także struktury biomimetyczne tak, aby przy mniejszej masie własnej można było zwiększyć ładowność. Topologicznie zoptymalizowany chwytak został ostatecznie wyprodukowany metodą Laser Powder Bed Fusion (LPBF) również na Katedrze DAP. Dzięki specjalnej obróbce wykończeniowej chwytak osiąga klasę czystości ISO5 w pomieszczeniu czystym. To absolutne novum – dotychczas resztki proszku na elementach uniemożliwiały zastosowanie metod addytywnych w takich precyzyjnych narzędziach w pomieszczeniach czystych. Nowy chwytak jest dwuczęściowy, składa się z części statycznej i ruchomej. Do chwytaka są zintegrowane przewody z mediami niezbędnymi do minimalizacji zanieczyszczeń.

Na misje przyszłości

To precyzyjne narzędzie przenosi znacznie cięższe części niż dotychczas używane narzędzia, jednocześnie umożliwia bardziej stabilne ustawienie. „Wkładamy tę technologię na nową ścieżkę. Nie najpierw konstruujemy i sprawdzamy, czy element ma pożądane właściwości, lecz optymalizujemy geometrię elementu pod kątem scenariuszy obciążenia”, opisuje Michael Janßen, który od lat projektuje chwytaki do montażu w Fraunhofer ILT.

Nowy chwytak jest wykorzystywany w ramach FULAS – uniwersalnej platformy technologicznej, którą Aachen opracowało do budowy systemów laserowych w projektach lotniczych i kosmicznych. „Wkładliśmy doświadczenia z całego rozwoju FULAS w produkcję nowego chwytaka”, podsumowuje kierownik projektu Heinrich Faidel z Fraunhofer ILT. System oparty na FULAS jest obecnie budowany dla niemiecko-francuskiej misji klimatycznej MERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission). Mały satelita MERLIN ma zostać wystrzelony z Kourou w Gujanie Francuskiej, aby mapować rozkład metanu w atmosferze Ziemi. Kluczową częścią satelity jest laser LIDAR, który wysyła impulsy świetlne do atmosfery, a na podstawie odbitego światła określa stężenie metanu.