3D nyomtatott űrteleszkópot készít a NASA egyik mérnöke

Jason Budinoff, a NASA tervezőmérnöke szeptember végére várja az első, szinte teljes mértékben 3D nyomtatott alkatrészekből összeállított teleszkópjának befejezését. „Ahogy én tudom, mi vagyunk az elsők, akik megpróbálnak összerakni egy teljes műszert 3D nyomtatott alkatrészekből,” mondta Budinoff, aki a Maryland-beli Greenbeltben, a NASA Goddard Űrrepülési központjában dolgozik.

Ezzel az összetett projekttel Budinoff célja, hogy egy tökéletesen működő, 50 mm-es kamerát készítsen, melynek lencsetartói, árnyékolói és külső burkolata egyetlen szerkezetként kerül kinyomtatásra. Az eszköz egy CubeSat típusú, apró műholdhoz lett méretezve, mely oldalanként 10 cm-es befoglaló méretekkel rendelkezik. A kamera hagyományos úton készített lencsékkel és tükrökkel lesz felszerelve, a jövő évben pedig rezgés és hő-vákuum tesztnek vetik alá a készüléket.

Budinoff emellett egy nagyobb, 350 mm-es kétcsatornás teleszkóp készítésébe is belevágott. Ennek méretei már jóval közelebb lesznek egy átlagos űrteleszkópéhoz.

Űrteleszkóp Projekt

Budinoff célja, hogy megmutassa, a teleszkópok és egyéb szerkezetek tervezésében hasznosak lehetnek az additív technológiákban elért előrelépések. Ezzel a technikával egy CAD modell alapján, egy számítógép által vezérelt lézer, precízen képes a fémport ráolvasztani a munkadarabra. Mivel ez az eljárás rétegről rétegre építi fel az alkatrészeket, így olyan belső geometriákat és furatokat is ki lehet alakítani a munkadarabban, ami öntéssel vagy egyéb hagyományos megmunkálási folyamattal elképzelhetetlen.

nasa_invar_2

A cél nem az, hogy élesben használják ezt az eszközt, legalábbis egyelőre nem. „Ez csak egy kutatás,” mondta Budinoff. „Mikor tudományos célra fejlesztünk teleszkópokat, általában több száz alkatrészről van szó. Ezek az eszközök bonyolultak és nagyon drága a megépítésük. A 3D nyomtatási technológiák segítenek csökkenteni az alkatrészek számát és megengedhetjük, hogy részben egyéni formákat alakítsunk ki. Nem vagyunk a hagyományos esztergáló és maró folyamatokra korlátozva.”

Az 5 cm-es eszköz tervében 4 darab egyedi, alumínium és titán porból készült alkatrész található. Egy hagyományos módszerekkel készült kamerához akár 5-10-szer ennyi egyedi alkatrészre is szükség lehetne. Sőt, a kamera árnyékolói- azok az elemek, amik csökkentik a szórt fény teleszkópba jutását – olyan szögben vannak hajlítva, melyet a hagyományos megmunkáló módszerekkel lehetetlen lett volna kivitelezni.

Mikor az összeszerelés befejeződik az idei pénzügyi év végén, alig 3 hónapnyi munka lesz a csapat háta mögött, melyet egy hagyományos projekt költségek töredékéből finanszíroztak. „Igazából azt szeretném megmutatni, hogy az additív technológiákkal készült eszközök a világűrben is használhatók,” mondta Budinoff. „Most kiküszöböljük a problémákat, és mire a jövőbeli projekt menedzserek megkérdezik, ’ Használható ez a technológia? ’ azt tudjuk majd válaszolni, hogy ’ Igen, már be is bizonyítottuk.’ ”

További célok

nasa_invar_testBudinoff azt is bizonyítani szeretné, hogy képes alumínium porból teleszkóp tükröket készíteni, ami nagy kihívást jelent, hiszen a porózus alumínium használata miatt nehéz simára csiszolni a felületeket. A tervek szerint egy 3D megmunkálással foglalkozó partnerük készít egy nyers, csiszolatlan tükör alapot, mely illeszkedik az 5cm-es kamerába. Ezután egy inert gázzal töltött nyomáskamrába helyezik a megmunkálandó darabot. Ahogy itt a nyomás eléri a 105 MPa-t, a felmelegedett kamra lényegében összepréseli a tükröt, ezzel csökkentve a felület porózusságát – ezt a folyamatot izosztatikus sajtolásnak nevezik. „Szerintünk ez az eljárás, valamint egy vékony alumínium réteg felvitele felületre, ötvözve a Goddard-ban kifejlesztett alumínium stabilizáló hőkezelésekkel lehetővé teszi a 3D nyomtatott fém tükrök elkészítését,” mondta Budinoff.

Budinoff szerint egy ilyen gyártási megoldás a NASA tudósai számára nagyon hasznos lehet. Főleg azok számára, akik infravörös érzékelők tervezésével foglalkoznak, mivel azok rendkívül alacsony hőmérsékleten működnek, hogy begyűjtsék az infravörös sugarakat, melyeket könnyen elnyomhat a készülék által termelt hő. Általában ezek a szerkezetek több különböző anyagból készülnek. Azonban ha minden alkotóelem alumíniumból készülne, még a tükrök is, akkor a különálló alkatrészeket akár egy nagyobb darabban is el lehetne készíteni 3D nyomtatással, ami csökkentené a legyártandó darabok számát, és az anyagok nem megfelelő párosításának kockázatát. Csökkentené a felületek számát és növelné a szerkezet stabilitását, tette hozzá a mérnök.

A következő évben szintén 3D nyomtatott alkatrészekkel szeretne kísérletezni, de ezúttal egy olyan speciális Invar ötvözettel (vas-nikkel ötvözet – FeNi36), amelyet Tim Stephenson, a Goddard technológusa kifejezetten 3D nyomtatásra fejlesztett. Ez a több mint 100 éve kifejlesztett vas-nikkel ötvözet hatalmas stabilitást biztosít széles hőmérséklet tartományban. Az anyag ideális szuper-stabil vázak elkészítésére, melyek teleszkópoknál és egyéb eszközöknél is használhatóak.

„Akárkinek, aki optikai eszközöket épít, csak a hasznára válhat, amit mi most tanulunk. Azt hiszem, a 3D nyomtatással nagyságrendekkel csökkenni fog a gyártásra fordított idő és pénz.” – foglalta össze Budinoff.

Forrás www.nasa.gov

Képek NASA Goddard/Jason Budinoff és Bill Hrybyk

További információ:

A NASA hivatalos weblapja.