Neuartige Methode der robotergestützten additiven Fertigung im Orbit

Die Aerospace-Robotikindustrie verlangt nach extremer Präzision, um strenge Toleranzanforderungen, Sicherheitsstandards und Mikromanipulationsanforderungen zu erfüllen. Die Luft- und Raumfahrtkunden von Mecademic, vom Johnson Space Center der NASA bis hin zu Branchenführern in der Raketenherstellung, profitieren von unübertroffener Präzision bei der Automatisierung mit unserem Meca500-Roboterarm. Der Meca500 wird üblicherweise beauftragt, empfindliche Luft- und Raumfahrtelektronik zusammenzubauen, Qualitätsinspektionen und -tests durchzuführen, kleine Komponenten präzisionszubearbeiten und sogar außerirdische Materialien mikromanipulieren.

Mit seiner Wiederholgenauigkeit von 5 µm garantiert der Roboter, dass jede Aufgabe zuverlässig, identisch und mit der gleichen Geschwindigkeit ausgeführt wird. Statten Sie die Roboter mit Bildverarbeitungssystemen und Sensoren für zusätzliche Präzision bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten aus.

Neue robotergestützte additive Fertigungsforschung

Die Fähigkeit, Strukturen im Weltraum nach Bedarf zu drucken, ist zu einer Notwendigkeit für eine erfolgreiche Weltraumforschung geworden. NASA, SpaceX, Boeing und andere drucken bereits Hunderte von Teilen und erforschen innovative Wege zur Verwendung von additiver Technologie.

In dieser neuen Forschungsarbeit bewerteten die Studienautoren mit dem Meca500 eine neuartige Methode zum Drucken solcher funktionaler Strukturen im Weltraum.

Sie untersuchten zwei Methoden zur Herstellung großer Strukturen unter Verwendung eines Roboter-Freifliegers auf einem Luftlagertisch:

1. Extrudieren, während sich der Freiflieger bewegte; und,
2. Teilen der großen Struktur in zu druckende und zusammenzubauende Segmente.

Aus dem Papier, Machbarkeitsstudie zum großformatigen Freiform-3D-Druck für die additive Fertigung im Orbit:

„Großangelegte additive Fertigung (AM) und Montage im Orbit wird als modularer und ressourcenschonender Ansatz betrachtet, um die dauerhafte Anwesenheit von Menschen im Weltraum zu ermöglichen.

Um dies zu realisieren, wurde ein neuartiger AM-Ansatz zur Freiformherstellung großer, funktionaler Strukturen im Weltraum entwickelt. Durch die Kombination der Reichweite eines frei fliegenden CubeSat mit einem kollaborativen Roboterarm [dem Meca500] und einem 3D-Drucker können große stützenfreie thermoplastische Strukturen hergestellt werden, die die Größe des Aufbaus selbst überschreiten.

Das kontinuierliche Druckverfahren war in der Lage, konsistente Ergebnisse für eine einzelne Materiallinie zu erzeugen. Verwendung der
Durch den segmentierten Druckansatz war es möglich, eine Fachwerkstruktur mit einer Länge von über 700 mm zu drucken. Die Abhängigkeit des trägerlosen Druckverfahrens von der Richtung des Gravitationsvektors wurde untersucht, und es wurde durch visuelle Inspektion festgestellt, dass das Drucken in –1 g keine erkennbaren Unterschiede zum Drucken in 1 g ergab. Damit wird postuliert, dass das Verfahren unabhängig von der Gravitationsrichtung und damit auch in Mikrogravitation eingesetzt werden kann.

Wir haben somit die Machbarkeit eines kleinen Raumfahrzeugs zur Herstellung von stützenfreien Strukturen demonstriert, die größer sind als sie selbst, indem sie einen Roboterarm mit 3D-Druckkopf-Endeffektor verwenden. Die Verwendung eines solchen Raumfahrzeugs würde einen stützenfreien 3D-Druck von Strukturen mit unbegrenzten Abmessungen ermöglichen und bietet mehr Flexibilität als die von anderen vorgeschlagenen Fachwerk-Fertigungsmaschinen."

Bilder und Studie © der Studienautoren:
D. Jonckers*, O. Tauscher*, E. Stoll† und A. Thakur*‡

*Institut für Raumfahrtsysteme, Technische Universität Braunschweig, Braunschweig, Deutschland
†Institut für Raumfahrttechnik, Technische Universität Berlin, Berlin, Deutschland
‡ Korrespondierender Autor:[email protected]

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