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多年来,德国弗劳恩霍夫激光技术研究所一直在开发和建造用于太空的激光系统。与此同时,研究所的研究人员也在研究金属3D打印技术。使用激光粉末床融合(LPBF)工艺,研究所与Chair for Digital Additive Production DAP首次联合开发并设置了一种由金属粉末制成的新型精密夹持臂:在洁净室中组装太空组件。结果显示,夹持臂比其前身更轻但足够稳定,可以超精密地安装和调整更重的激光光学器件。
用于太空的激光系统
振动测试和气候室是用于验证太空激光系统的典型工作站。尽管承受了最高的负载,但太空中的激光系统仍然需要保持微米精度的调整,以便开展正常工作。
在最近几年,弗劳恩霍夫激光技术研究所不断开发和改进此类激光系统的组装技术。研究所的技术专家与DLR、Airbus Defense and Space、TESAT Spacecom和ESA等合作伙伴开展长期合作,以最先进的技术构建用于太空的光学系统。所有基本的对齐步骤都是通过手动引导机器人使用Pick & Align过程执行的。
夹持臂是用于太空高精度对齐组件的核心工具。该部件由一个静态部分和一个移动部分组成
一个中心工具是夹持臂;它位于六脚架上,以微米精度定位光学组件中的组件。在那里,它们被调整到几个微弧度以内并通过焊接固定到位。夹臂的设计对装配精度具有决定性意义,因此也决定了光学部件的重量。
采用仿生设计和添加剂方法,以提高承重能力
为了进一步提高设置技术的性能,弗劳恩霍夫激光技术研究所开发了一种全新的夹持臂。根据其结构设计,亚琛工业大学Chair for Digital Additive Production DAP项目的研究人员还对仿生结构进行了尺寸设计,以增加有效载荷同时降低自重。经过拓扑优化的夹持臂最终通过激光粉末床技术制造出来。经过特殊的后处理后,夹持臂达到了ISO5级洁净室。
这是一个绝对新奇的事物。直到现在,部件上的残留粉末阻碍了在洁净室中对此类精密工具使用添加剂的方法新的夹持臂分为静止和运动两部分。所需介质的供应线集成在夹持臂中,以最大限度地减少污染。
为了未来的使命
这种精密工具可以移动更重的零件,同时还可以实现更稳定的调整。“借助这项技术,我们正在开辟新天地。我们不会先设计组件,然后再检查它是否具有所需的属性。相反,我们针对负载场景优化了部件几何形状。”多年来一直在设计装配夹具的Michael Janßen表示。
新夹具将在FULAS框架内使用,FULAS是由亚琛研究人员联合开发的通用技术平台,用于在航空航天项目中构建激光系统。“我们将从整个FULAS开发中获得的经验融入到新夹具的生产中。”弗劳恩霍夫激光技术研究所项目经理Heinrich Faidel总结道。
目前,基于FULAS构建的系统正在为德法气候任务(甲烷遥感激光雷达卫星)服务。小型甲烷遥感激光雷达卫星将从法属圭亚那发射到太空,以绘制地球大气中的甲烷分布图。该卫星的核心部件是一个激光雷达,它向大气中发送激光脉冲,并从背向散射光确定甲烷浓度。
文/弗劳恩霍夫激光技术研究所
来源:荣格-《国际工业激光商情》
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