To-armet 3-D print

Twin robotarme arbejder sammen som en del af et projekt for at konstruere det, der bliver det største, mest komplekse objekt nogensinde 3-D printet i titanium:en testversion af den 3 m diameter 'optiske bænk' i hjertet af ESA's Athena røntgenobservatorium.

Den første fleraksede robotarm opbygger hvert nyt lag af metal ved hjælp af en laser til at smelte titaniumpulver. Den anden robotarm skærer derefter straks eventuelle ufuldkommenheder væk ved hjælp af et kryogenisk afkølet fræseværktøj. Selve bænken er placeret på en langsomt bevægende pladespiller med en diameter på 3,4 m.

"ESA har slået sig sammen med Tysklands Fraunhofer Institut for Materiale og Beam Technology for denne udforskningsaktivitet, " forklarer ESA's materiale- og procesingeniør Johannes Gumpinger. "Det endelige design af Athenas optiske bænk er endnu ikke besluttet, men hvis det bliver bygget i titanium, så er dets størrelse og kompleksitet sådan, at det ikke kunne bygges på nogen anden måde."

På grund af lancering i 2031, ESA's Athena-mission vil sondere 10 til 100 gange dybere ind i kosmos end tidligere røntgenmissioner. at observere det allervarmeste, højenergiske himmellegemer.

Missionen kræver helt ny røntgenoptikteknologi, med stakke af 'spejlmoduler' arrangeret omhyggeligt for at fange og fokusere højenergirøntgenstråler.

Den optiske bænk justerer og fastgør omkring 750 spejlmoduler i en kompleks struktur med mange dybe lommer, der tilspidser til en maksimal højde på 30 cm. Dens overordnede form skal være præcis ned til en skala på nogle få tiere mikrometer - eller tusindedele af en centimeter.

"Den optiske bænkes kompleksitet kræver, at hver tilføjelse fræses umiddelbart efter udskrivning, " kommenterer André Seidel, tilsyn med projektet på Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology. "Enhver efterfølgende ændring kan risikere at indføre forurening, svække titanium i rumkvalitet.

"På samme måde hele processen er designet til at minimere enhver risiko for kontaminering. Titanpulveret fejes ind i laseren ved hjælp af ædelgassen argon, der også forhindrer enhver forurening med luft. Og fræseværktøjet holdes køligt ved hjælp af flydende kuldioxid, der fordamper, når det varmes op, forhindre enhver skadelig aflejring på den nylagte metaloverflade."

Præcisionssensorer registrerer øjeblikkeligt elementer uden for tolerance til fræsning eller mere omfattende reparation – herunder fræsning til genudskrivning.

Mindre segmenter er blevet fremstillet indtil videre, med en optisk demonstrationsbænk med en diameter på 1,5 m som følger. Den fuldskala 3-m bænk forventes at tage omkring et år at producere.

"Det bliver en kæmpe opgave, tager meget tid og energi, " tilføjer Johannes. "Men hvis vi klarer det, det vil være det største titaniumobjekt nogensinde 3D-printet – og processen vil være tilgængelig til fremstilling af andre store dele, potentielt i andre metaller."

Projektet bliver støttet gennem ESA's teknologiudviklingselement som en del af agenturets Advanced Manufacturing-initiativ, udnyttelse af nye materialer og processer til rumsektoren.

I sidste måned mødtes mere end 150 eksperter fra hele Europa i ESA's tekniske hjerte i Holland for at dele de seneste resultater fra ESA Advanced Manufacturing-projekter, der dækker emner, herunder 3-D-print og de nyeste kompositmaterialer samt friktionsomrøringssvejsning.