3D-geprinte grijparm voor hoogste precisie

Sat Sep 25 2021

09 25

3D-geprinte grijparm voor hoogste precisie

13/09/2021

Door Ad Spijkers

Fraunhofer-ILT en RWTH-DAP ontwikkelden een nieuwe grijparm voor metingen in de ruimte.


     

Het Fraunhofer-Institut für Lasertechnologie (ILT) in Aken ontwikkelt en assembleert lasersystemen voor gebruik in de ruimte. Tegelijkertijd onderzoekt het instituut ook technologieën voor 3D metaalprinten. Met het Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-proces werd een nieuwe precisiegrijparm uit metaalpoeder ontwikkeld en gebouwd.

De grijparm is lichter dan zijn voorganger en toch stabiel genoeg om zware laseroptieken met ultraprecieze precisie te kunnen monteren en afstellen. Het in samenwerking met de Lehrstuhl für Digital Additive Production (DAP) aan de RWTH in Aken uitgevoerde project is een noviteit voor de assemblage van ruimtecomponenten in de clean room.

Lasersystemen de ruimte

Ondanks de hoogste belastingen moeten de systemen op de micrometer afgesteld blijven om veilig in de ruimte kunnen werken. Fraunhofer-ILT heeft de montagetechniek voor dergelijke lasersystemen de afgelopen jaren ontwikkeld en continu verbeterd. Voor het opzetten van de optische systemen worden de modernste technologieën gebruikt: Alle essentiële aanpassingsstappen worden uitgevoerd met behulp van het Pick & Align proces.

De grijparm is een centraal hulpmiddel. De arm zit op een hexapod en positioneert de componenten met micrometerprecisie in de optische structuur. Daar worden ze afgesteld op enkele microns en gefixeerd door te solderen. De structuur van de grijparm is bepalend voor de precisie van de montage en geeft ook het maximale gewicht van de optische componenten aan.

Om de prestaties van de montagetechnologie te verbeteren, heeft Fraunhofer ILT een nieuwe grijparm ontwikkeld. Na de constructie ontwierp DAP de bionische structuren zodat het laadvermogen kon worden verhoogd bij een lager eigen gewicht. De op topologie geoptimaliseerde grijparm werd uiteindelijk met behulp van LPBF vervaardigd bij DAP. Dankzij een speciale nabewerking bereikt de grijparm de clean room klasse ISO5. Een stap voorwaarts, want tot nu toe heeft het achtergebleven poeder op de componenten het gebruik van additieve methoden in dergelijke precisiegereedschappen in de clean room verhinderd.

Toekomstige missies

Het precisiegereedschap verplaatst aanzienlijk zwaardere onderdelen dan het eerder gebruikte gereedschap en maakt tegelijkertijd een stabielere afstelling mogelijk. De geometrie van het onderdeel is geoptimaliseerd voor de belastingsscenario's.

De nieuwe grijper wordt gebruikt als onderdeel van Fulas, een universeel technologieplatform dat de wetenschappers in Aken hebben ontwikkeld voor de bouw van lasersystemen in ruimtevaartprojecten. In de productie van de nieuwe grijper is de ervaring van de Fulas-ontwikkeling meegenomen.

Voor de Frans-Duitse klimaatmissie Merlin (Methane Remote Sensing Lidar Mission) wordt momenteel een op Fulas gebaseerde systeem opgezet. De kleine satelliet wordt gelanceerd vanuit Frans-Guyana om de verspreiding van methaan in de atmosfeer van de aarde in kaart te brengen. Het kernbestanddeel van de satelliet is een LIDAR-laser die lichtpulsen de atmosfeer in stuurt en het terug verstrooide licht gebruikt om de methaanconcentratie te bepalen.

Foto: Fraunhofer-ILT