Fertigungsbeispiel: Satellitenhalterung „Star Tracker“

Satellitenhalterung „Star Tracker“ A1

Weil jedes Gramm zählt

Turkish Aerospace hat sich zum Ziel gesetzt, das Gewicht von Strukturkomponenten im Rahmen der Entwicklung des geostationären Satelliten TÜRKSAT 6A deutlich zu reduzieren. Eines dieser Strukturelemente ist die sogenannte Star-Tracker-Halterung, die ein optisches Messgerät trägt, das die Position des Satelliten in Relation zur Sternenkonstellation kontinuierlich erfasst und so seine exakte Position im Orbit bestimmt.

Die Hauptkomponenten der Star-Tracker-Halterung wurden bisher konventionell gefräst und anschließend miteinander verschraubt. In Summe bestand die Halterung aus 360 Einzelteilen und wog vier Kilogramm.

Das Ziel von Turkish Aerospace war es, durch den Einsatz von Additiver Fertigung eine Halterung zu produzieren, die:

  • mindestens 30 % leichter sein musste
  • den relevanten Beschleunigungskräften beim Raketenstart standhält und
  • die relevanten Normen und Richtlinien für die Luft- und Raumfahrt erfüllt.

Die Lösung lag im Design

Im Rahmen einer Machbarkeitsprüfung zeigte sich bereits zu Beginn des Projekts, dass sich das ursprüngliche Design der Star-Tracker-Halterung additiv nicht sinnvoll fertigen ließ. Eine durchgeführte Topologieoptimierung führte ebenfalls zu keinem befriedigenden Ergebnis im Hinblick auf die Zielsetzung. Aus diesem Grund entwickelten wir im Rahmen eines ADM-E Projekts eine vollständig neue Konstruktion der Halterung.

Dazu wurden die entsprechenden Kräfte und Frequenzen analysiert, die von der Halterung nicht über- bzw. unterschritten werden durften. Auf dieser Basis entwickelten FIT-Experten mittels CAD-Software (Fusion und Inventor) ein Design, das sich durch eine dünnwandige, hohle Schalengeometrie mit innenliegenden Verstrebungen auszeichnete. Dieses Design wurde mittels Simulation und Iteration (Optistract) so optimiert, dass es den verschiedenen Lastfällen mit hohen Beschleunigungskräften standhielt, ohne dabei die definierten Eigenfrequenzen zu unterschreiten.

Der große Vorteil dieses Designs lag nicht nur in der hohen Stabilität der Halterung, bei gleichzeitig geringem Gewicht, sondern auch in ihrer Einfachheit, denn es kann einteilig gefertigt werden.

Qualifizierte Einzelteilfertigung (ADM-Q)

Qualifizierte Einzelteilfertigung (ADM-Q)

Für die Additive Fertigung der Star-Tracker-Halterung aus Aluminium (AlSi10Mg) kam das Laserschmelzen (PBF-LB/M) zum Einsatz. Das 3D-Modell wurde unter Kosten- und Qualitätsaspekten im Bauraum der Maschine im optimalen Winkel ausgerichtet und mit den erforderlichen Stützstrukturen verzugssicher orientiert. Der mehrtägige Bauprozess wurde kontinuierlich überwacht. Zur Beurteilung der Bauteilqualität wurden entsprechende Zugproben und Dichtewürfel mitgebaut. Nach der Supportentfernung wurde die Halterung zur Homogenisierung der Oberfläche gestrahlt. Abschließend wurden die Anschlussflächen zum Satelliten und zur optischen Einheit CNC-gefräst, um die erforderliche Präzision zu gewährleisten.

Qualitätstests bestanden

Zum Nachweis der Bauteilqualität durchlief die Star-Tracker-Halterung verschiedene Mess- und Prüfverfahren in unserem Qualitätslabor, insbesondere einen Micro-CT-Scan nach dem Strahlen sowie einen optischen 3D-Scan nach dem CNC-Fräsen. Außerdem wurden weitere fertigungsrelevante Qualitätstests wie die Messung und Kontrolle von Zugproben und Dichtewürfeln durchgeführt, so dass das Produkt mit der vollständigen Prozess- und Qualitätssicherungsdokumentation ausgeliefert werden konnte. Auch die Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit wurden voll erfüllt. Bei Turkish Aerospace hat die Satellitenhalterung die Teststationen ebenfalls erfolgreich absolviert und ist somit als voll entwickeltes Raumfahrtteil für den Flug qualifiziert.

Satellitenhalterung „Star Tracker“ GOM2
Satellitenhalterung „Star Tracker“ QS1

Die speziellen Prozess-Anforderungen

Die besondere Herausforderung in dem Projekt bestand darin, eine Geometrie zu entwickeln, die leicht und gleichzeitig extrem stabil ist. Durch das neu entwickelte Design und die Additive Fertigung der Halterung ist das gelungen. Turkish Aerospace hat dabei von folgenden Ergebnissen profitiert:

  • Gewichtsreduzierung von etwas mehr als 50 % auf 1,96 kg
  • Komplexitätsreduzierung von 360 Teilen auf Einteiligkeit
  • Erfolgreicher Test der Halterung mit Beschleunigungskräften von 20 G in alle Richtungen
  • Einhaltung der europäischen Normen und Richtlinien für die Luft- und Raumfahrtindustrie

Die Kombination aus Branchenverständnis, Konstruktions- und Fertigungs-Knowhow sowie den umfangreichen Möglichkeiten der hausinternen Qualitätssicherung haben Turkish Aerospace überzeugt. Profitieren auch Sie von unserem Leistungsangebot.


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Der Weg zu Ihrem Endbauteil

Service

Inhalt

Ergebnis

Machbarkeitsprüfung
Wir prüfen die Eignung Ihres Bauteils für die Additive Fertigung, entwickeln Empfehlungen und/oder Vorschläge für mögliche Anpassungen.
Sie erhalten von uns Handlungsempfehlungen für fertigungsbedingte Konstruktionsanpassungen sowie eine Abschätzung der minimal möglichen Herstellkosten.
Machbarkeitsstudie
Wir analysieren die Bauteilanforderungen, identifizieren die fertigungskritischen Elemente der Konstruktion, entwickeln einen validen Fertigungsprozess und erstellen einen Machbarkeitsbericht.
Sie bekommen von uns einen Fertigungsplan für Ihr Bauteil, eine grobe Schätzung der Herstellkosten sowie eine Kostenaufstellung für die nächsten Projektschritte.
Designanpassung
Wir nehmen fertigungsnotwendige Korrekturen an Ihrem Design vor.

Sofern erforderlich, entwickeln wir für Sie im Rahmen eines ADM-D Projekts ein neues Design.
Sie erhalten einen Bericht über die Designänderungen sowie deren Auswirkung und ein konkretes Angebot für die Bauteilfertigung mit den finalen Herstellkosten.
Qualifizierte Einzelteilfertigung (ADM-Q)
Wir produzieren Ihr Bauteil aus dem geforderten Material mit dem ausgewählten additiven Fertigungsverfahren (inkl. der gewünschten Nachbearbeitung), verpacken das Bauteil transportsicher und senden es an die gewünschte Adresse.
Ihr Bauteil ist fertig und einsatzbereit.
Prozessbegleitende Qualitätssicherung
Je nach Wunsch führen wir die erforderlichen Qualitätssicherungsmaßnahmen vor, während und nach der Produktion durch.
Wir übergeben Ihnen die entsprechenden Qualitätsnachweise aus jeder Produktionsphase.

Fakten zur Star-Tracker-Halterung

FIT Lösung:ADM-Q
Leistungsumfang:Designentwicklung und -simulation
Additive Fertigung und Nachbearbeitung
Vollständige Prozessdokumentation
QS-Dokumentation (Materialprüfzeugnisse, Materialzertifikate, Messberichte)
Verpackung und Versand
Lieferzeit:30 Werktage (nach Datenfreigabe)
Bauteilabmessung:760 x 200 x 200 mm
Bauteilgewicht:1,96 kg
Losgröße:1
Material:Aluminiumlegierung (AlSi10Mg)
Herstellverfahren:Laserschmelzen (PBF-LB/M)
Nachbearbeitung:Strahlen
CNC-Frasen
Qualitätssicherung:Micro-CT-Scan nach dem Strahlen
Optischer 3D-Scan nach dem CNC-Fräsen
Zertifikat:ISO 9100

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Vorteile

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Lars Langhans

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Lars Langhans
Branchenspezialist
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