Durch die Technologiesymbiose „Topologieoptimierung und additive Fertigung" gelangt eines der bisher längsten Metallteile aus einem industriellen 3D-Drucker bald in den Weltraum. Das neue Bauteil ist nur halb so schwer wie der Vorgänger und trotzdem leistungsfähiger.
Altair gibt heute bekannt, dass RUAG Space in einem Pilotprojekt eine Antennenhalterung für einen Erdbeobachtungssatelliten gebaut hat, die nun in Zusammenarbeit mit den Ingenieuren von Altair ProductDesign komplett überarbeitet und für die Herstellung im industriellen 3D-Druckverfahren optimiert wurde. Ziel war es, das neue Aluminium Bauteil bei gleicher Festigkeit deutlich leichter zu machen und die Gestaltungsfreiheit, die das additive Fertigungsverfahren bietet, bestmöglich auszunutzen.
Für die Neuentwicklung und die Optimierung der Antenne verwendeten die Ingenieure Altairs Optimierungssoftware OptiStruct, mit der eine belastungsgerechte Materialverteilung sichergestellt werden konnte. Für die Konstruktion wurde das Tool solidThinking Evolve verwendet. Das Surface Modeling Tool ermöglicht durch seine Gestaltungsfreiheit im Gegensatz zu klassischen CAD Systemen eine deutlich schnellere Umsetzung. So konnte der Design Freeze binnen vier Wochen nach Projektstart erfolgen. Das Design wurde anschließend, ohne dass weitere Anpassungen erforderlich waren, im 3D-Druckverfahren hergestellt. So konnten, dank der Technologiesymbiose aus Topologieoptimierung und additiver Fertigung, bisher ungekannte Leistungsmerkmale hinsichtlich Gewicht und Steifigkeit erzielt werden.
EOS, der Marktführer für industriellen 3D-Druck aus Krailling bei München, trug das Wissen über den additiven Produktionsprozess bei und fertigte im Rahmen des Projektes die Aluminium Bauteile. Im Ergebnis war das fertiggestellte Bauteil nur halb so schwer wie das bisherige und gleichzeitig wesentlich steifer. Vor allem die Gewichtsersparnis ist in der Raumfahrt ein entscheidender Faktor, denn je leichter ein Satellit ist, umso kostengünstiger kann er ins All gebracht werden. Mit rund 40 cm Länge ist die Antennenhalterung eines der längsten jemals im Pulverbett-Verfahren hergestellten Metall Bauteile. Derzeit wird die neue Halterung intensiven Tests unterzogen, um sie für den Einsatz im Weltall zu qualifizieren. Ende des Jahres sollen diese Qualifikationstests abgeschlossen sein.
„Unser Ziel ist es, einen der zukünftigen Sentinel-1-Satelliten, mit Antennen-Halterungen auszurüsten, die im industriellen 3D-Druck hergestellt worden sind", erklärt Michael Pavloff, Chief Technical Officer der RUAG Space. Die jetzt gebaute Antennenhalterung wird kein Einzelfall bleiben: „Der 3D-Druck hat ein gigantisches Potenzial für die Raumfahrt. Wir entwickeln derzeit weitere Anwendungen. Zukünftig wird es möglich sein, ganze Satellitenstrukturen im 3D-Druck zu erstellen. Baugruppen, die heute noch getrennt gefertigt werden, beispielsweise Kabelbäume, Reflektoren oder Heizrohre, können dann direkt in die Strukturelemente integriert werden", führt Pavloff weiter aus.
RUAG Space beschäftigt sich seit 2013 intensiv mit der Forschung & Entwicklung im Bereich der additiven Fertigung. Bei der additiven Fertigung oder dem industriellen 3D-Druck wird ein Pulver schichtweise aufgetragen und in der gewünschten Form verbunden, etwa, indem es durch Laser automatisch an den entsprechenden Stellen geschmolzen wird.
„Wir bei Altair sind begeistert, mit unseren Softwarelösungen und unseren Dienstleistungen, Teil dieses innovativen Projektes zu sein. Es ist ein echter Meilenstein im Satellitendesign", sagte Pietro Cervellera, Managing Director Altair GmbH. "Die Zusammenarbeit mit RUAG Space und EOS wird es uns ermöglichen, noch innovativere End-to-End Design- und Optimierungsprozesse zu liefern, mit denen man alle Vorteile der additiven Fertigung voll ausschöpfen kann."
Das Projekt wird heute bei der ESA Conference in Noordwijk in den Niederlanden und am 26. November auf der Euromold 2014 in dem von Altair veranstalteten "Additive Manufacturing Design & Engineering Symposium" vorgestellt.
www.altair.com