Laser-Powder-Bed-Fusion (LPBF) 3D-gedruckter Greifarm montiert Lasersysteme im Reinraum

Redakteur: Alina Hailer

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik und Wissenschaftler der Universität Aachen haben sich zu Forschungs- und Entwicklungszwecken zusammengeschlossen. Das Ergebnis: Mit dem Laser-Powder-Bed-Fusion-Verfahren wurde nun erstmals ein neuer Präzisionsgreifarm aus Metallpulver entwickelt und aufgebaut.

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Der Greifarm – das zentrale Werkzeug für die Ausrichtung der Weltraumkomponenten - besteht aus einem statischen und einem beweglichen Teil.
Der Greifarm – das zentrale Werkzeug für die Ausrichtung der Weltraumkomponenten - besteht aus einem statischen und einem beweglichen Teil.
(Bild: Fraunhofer ITL)

Vibrationstest und Klimakammer – das sind typische Stationen bei der Qualifizierung eines Lasersystems für den Weltraumeinsatz. Trotz höchster Belastungen müssen die Systeme mikrometergenau justiert bleiben, um im All sicher arbeiten zu können. Am Fraunhofer ILT in Aachen wurde in den vergangenen Jahren die Montagetechnik für solche Lasersysteme entwickelt und immer weiter verbessert. Dabei arbeiten die Experten des Fraunhofer ILT mit Partnern wie DLR, Airbus Defence and Space, Tesat-Spacecom sowie der ESA zusammen, um komplexe optische Systeme zu bauen.

Für den Aufbau dieser optischen Systeme werden modernste Technologien eingesetzt: Alle wesentlichen Schritte werden mit manuell geführten Robotern im Pick & Align-Verfahren vorgenommen. Ein zentrales Werkzeug ist dabei ein Greifarm. Er sitzt auf einem Hexapoden und positioniert die Bauteile mikrometergenau im optischen Aufbau. Dort werden sie auf wenige Mikrometer genau ausgerichtet und durch Löten fixiert. Der Aufbau des Greifarms ist entscheidend für die Präzision der Montage und gibt das maximale Gewicht der optischen Komponenten vor.

Mit bionischem Design und additiven Methoden zu mehr Tragkraft

Um die Leistungsfähigkeit der Aufbautechnologie weiter zu steigern, entwickelte das Fraunhofer ILT einen neuen Greifarm. Nach seiner Konstruktion legten die Kollegen des Lehrstuhls für Digital-Additive-Production DAP der RWTH Aachen die bionischen Strukturen so aus, dass bei kleinerem Eigengewicht seine Nutzlast vergrößert werden konnte. Gefertigt wurde der topologieoptimierte Greifarm mit der Laser-Pulverbett-Fusion (LPBF) am Lehrstuhl DAP.

Aufgrund einer speziellen Nachbearbeitung erreicht der Greifarm die Reinraumklasse ISO5. Bislang verhinderte Restpulver an den Bauteilen den Einsatz additiver Methoden bei solchen Präzisionswerkzeugen im Reinstraum. Der neue Greifarm ist zweigeteilt mit einem statischen und einem beweglichen Teil. Zuleitungen für benötigte Medien sind zur Minimierung der Kontamination in den Greifarm integriert.

Für die Missionen der Zukunft

Das Präzisionswerkzeug bewegt laut ILT schwerere Teile als das bislang eingesetzte Werkzeug und ermöglicht gleichzeitig eine stabilere Ausrichtung.

Dieses Präzisionswerkzeug bewegt deutlich schwerere Teile als das bislang eingesetzte Werkzeug, gleichzeitig ermöglicht es eine stabilere Ausrichtung. Eingesetzt wird der neue Greifer im Rahmen von Fulas – einer universellen Technologieplattform, welche die Aachener zum Aufbau von Lasersystemen in Luft- und Raumfahrtprojekten entwickelt haben.

Künstlerische Darstellung des Merlin-Instruments auf Basis der Myriade- Satellitenplattform.
Künstlerische Darstellung des Merlin-Instruments auf Basis der Myriade- Satellitenplattform.
(Bild: CNES/illustration David DUCROS)

Laut Projektleiter Heinrich Faidel vom Fraunhofer ILT wurden in der Fertigung des Greifarms die Erfahrungen aus der gesamten Fulas-Entwicklung eingebracht. Für die deutsch-französische Klimamission „Merlin“ wird derzeit ein System auf der Fulas-Basis aufgebaut. Der Kleinsatellit Merlin soll von Kourou, Französisch-Guayana, aus in den Weltraum befördert werden, um die Verteilung von Methan in der Erdatmosphäre zu kartieren. Kernkomponente des Satelliten ist ein Lidar-Laser, der Lichtpulse in die Atmosphäre schickt und aus dem zurückgestreuten Licht die Methankonzentration bestimmt.

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