3Dプリントグリッパーアーム､最高精度で光システム組立

September, 14, 2021, Aachen--Fraunhoferレーザ技術研究所ILTは､数年来､宇宙で使うためのレーザシステムを開発､構築している｡同時にILTの研究者は､金属3Dプリンティング技術の研究も行っている｡レーザ粉末床溶融(LPBF)プロセスを使い､Fraunhofer ILTは､デジタル積層造形DAPチェアとともに､金属粉末でできた新しい精密グリッパーアームを初めて開発､作製した｡クリーンルームで宇宙コンポーネントをアセンブリするための新製品である｡グリッパーアームは､その先行製品よりも軽量で､一層重いレーザオプティクスを超高精度にマウント､調整できるほど安定している｡

宇宙で使うレーザシステム
振動試験と人口気候室､これらは宇宙で使うレーザシステムの品質評価に使う一般的な装置である｡最高荷重を受けるにもかかわらずレーザシステムは､宇宙で安全に動作するために､マイクロメートル精度で調整したままでなければならない｡

近年､そのようなレーザシステム向けのアセンブリシステムがFraunhofer ILTで開発され､継続して改善されている｡Fraunhofer ILTの専門家は､DLR、Airbus Defence and Space、TESAT Spacecom および ESAなどのパートナーと協働し､最先端技術の光学系を構築している｡全ての基本的なアライメントは､ピック&プレイスプロセスを使い手動ガイドロボットで行われる｡中心ツールがグリッパーアームである｡それは､六脚上にあり､マイクロメートル精度で光学アセンブリにコンポーネントを設置する｡そこでは、コンポーネントは数マイクロ半径内に調整され､ハンダで固定される｡グリッパーアームの設計は､アセンブリの正確さの決め手となり､光学コンポーネントの可能な重量を決める｡

バイオニック設計と積層法でより荷重負担能力が高くなる
セットアップ技術のパフォーマンスをさらに改善するためにFraunhofer ILTは全く新しいグリッパーアームを開発した｡その構築デザインに基づいて､RWTH Aachen University(アーヒェン大学)のChair for Digital Additive Production DAPの研究者が､自重を下げながらペイロードを増やせるようにバイオニック構造の寸法を決めた｡トポロジー最適化グリッパーアームが､ DAPチェア､最終的にLPBFで製造された｡特別な後加工により、そのグリッパーアームは､クリーンルームClass ISO5を達成している｡

これは全く新しいものである｡これまで､クリーンルームでは､コンポーネントの残留粉末のために､そのような精度のツールに積層法が利用ができなかった｡新しいグリッパーアームは､静的部分と動的部分の2つの部分に分けられている｡必要とされる媒体の供給ラインが､グリッパーアームに組み込まれていて､汚染を最小化する｡

将来のミッション向け
この精密ツールは､以前に使用されていたツールよりも遙かに重い部品を動かすことができる｡同時に､より安定した調整が可能になっている｡｢この技術によりわれわれは新たな地平を拓いた｡われわれは､最初にコンポーネントを設計し､それが所望の特性を持つかどうかをチェックすることはない｡その代わりに､われわれは荷重シナリオにコンポーネント形状を最適化する｣とMichael Janßenは話している｡同氏は､長年アセンブリグリッパーを設計し､手順を説明してきた｡

新しいグリッパーは､FULASのフレームワーク内で使用される｡FULASは､航空宇宙プロジェクト向けレーザシステム構築のためにアーヒェンの研究者が開発した汎用技術プラットフォーム｡
　Fraunhofer ILTのプロジェクトマネージャ､Heinrich Faidelは､｢われわれは全FULAS開発で得た経験を新しいグリッパーに組み込んだ｣と総括している｡FULASベースのシステムは､ドイツ-フランス気候ミッションMERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission)に向けて現在､構築中である｡小型MERLINサテライトは､フランスのKourouから打ち上げられ､地球大気のメタン分布マップを作成する｡サテライトのコアコンポーネントはLiDARレーザであり､これは大気に光パルスを送り､後方反射からメタン濃度を判定する｡
(詳細はhttps://www.ilt.fraunhofer.de)