3D-geprinte grijparm assembleert ruimtecomponenten in cleanrooms
Met behulp van het Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-proces heeft Fraunhofer ILT voor het eerst een nieuwe precisie-grijparm van metaalpoeder ontwikkeld en geprint. Deze 3D-geprinte grijparm wordt ingezet bij de assemblage van ruimtecomponenten in cleanrooms. De grijparm is lichter dan zijn voorganger en toch stabiel genoeg om zwaardere laseroptieken met hoge nauwkeurigheid te monteren en af te stellen.
De 3D-geprinte grijparm bestaat uit een statisch en een bewegend deel. De grijparm speelt een belangrijke rol in de hoognauwkeurige assemblage van ruimtecomponenten in cleanrooms. (foto’s: Fraunhofer ILT)
Trillingstests en klimaatkamers zijn typische stations die worden gebruikt om een lasersysteem te kwalificeren voor gebruik in de ruimte. Ondanks de hoge belasting moeten de lasersystemen tot op de micrometer nauwkeurig afgesteld blijven om veilig in de ruimte te kunnen werken. De montagetechniek voor dergelijke lasersystemen is de afgelopen jaren bij Fraunhofer ILT in Aken verder ontwikkeld en continu verbeterd.
De experts van Fraunhofer ILT werken samen met partners zoals DLR, Airbus Defence and Space, TESAT Spacecom en ESA om de optische systemen te bouwen met state-of-the-art technologieën. Alle essentiële uitlijningsstappen worden uitgevoerd met handmatig geleide robots met behulp van het Pick & Align-proces. Een centraal hulpmiddel is de grijparm. Deze zit op een hexapod en positioneert de componenten in de optische assemblage met micrometerprecisie. Daar worden de onderdelen nauwkeurig afgesteld en door solderen vastgezet. Het ontwerp van de grijparm is bepalend voor de precisie van de montage en bepaalt ook hoe zwaar de optische componenten kunnen zijn.
Bionisch ontwerp voor meer draagvermogen
Om de prestaties van de setup-technologie verder te verbeteren, heeft Fraunhofer ILT een volledig nieuwe grijparm ontwikkeld. Op basis van het constructieontwerp hebben collega’s van de Chair for Digital Additive Production DAP aan de RWTH Aachen University de bionische structuren zo gedimensioneerd dat het laadvermogen kon worden verhoogd met een lager eigen gewicht. De topologie-geoptimaliseerde grijparm werd uiteindelijk vervaardigd via Laser Powder Bed Fusion.
Dankzij een speciale nabewerking bereikt de grijparm de cleanroomklasse ISO5. Dit is een absolute noviteit. Tot nu toe verhinderde het achtergebleven poeder op de componenten het gebruik van additieve methoden voor dergelijke precisiegereedschappen in de cleanroom. De nieuwe grijparm is opgedeeld in twee delen met een statisch en een bewegend deel. Aanvoerleidingen voor de benodigde media zijn in de grijparm geïntegreerd om vervuiling tot een minimum te beperken.
De MERLIN-satelliet gaat de verdeling van methaan in de atmosfeer van de aarde in kaart brengen.
Voor toekomstige missies
De 3D-gepinte grijparm kan aanzienlijk zwaardere onderdelen verplaatsen dan de eerder gebruikte arm, terwijl het tegelijkertijd een stabielere afstelling mogelijk maakt. “Met deze technologie slaan we nieuwe wegen in. We ontwerpen niet eerst het onderdeel en controleren dan of het de gewenste eigenschappen heeft; in plaats daarvan optimaliseren we de componentgeometrie voor de belastingscenario’s’, zegt Michael Janßen, die al jaren assemblagegrijpers ontwerpt.
De nieuwe grijparm zal worden gebruikt in het kader van FULAS – een universeel technologieplatform dat door de Aken-onderzoekers is ontwikkeld voor het bouwen van lasersystemen in ruimtevaartprojecten. Voor de Duits-Franse klimaatmissie MERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission) wordt momenteel gebouwd aan een systeem op basis van FULAS. De kleine MERLIN-satelliet wordt vanuit Kourou, Frans-Guyana, de ruimte in gelanceerd om de verdeling van methaan in de atmosfeer van de aarde in kaart te brengen. De kerncomponent van de satelliet is een LIDAR-laser die lichtpulsen de atmosfeer in stuurt en de methaanconcentratie bepaalt uit het teruggekaatste licht.
