Mit Mikro-SLM-Verfahren zu hochpräzisen Satellitenmechanismen

Wissenschaftler*innen des Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) haben erfolgreich einen Spiegelhalter mit dünnwandigen flexiblen Drehgelenken für die Intersatelliten-Laserkommunikation gedruckt, der die Anforderungen für die Raumfahrt erfüllt. Dies wurde durch das Mikro-SLM-Verfahren ermöglicht.

Die sächsische Firma Beyond Gravity entwickelt und produziert hochpräzise Satellitenmechanismen und beliefert auch die European Space Agency (ESA). Mechanismen sind essenziell für Raumfahrtmissionen, da sie beispielsweise Solarpaneele, Antennen und Spiegel positionieren. Aktuell werden Mechanismen mit subtraktiven Verfahren hergestellt, die komplexe multifunktionale Formen nicht erzeugen können.

Daher ist der 3D-Druck für Beyond Gravity interessant, obwohl er in der Raumfahrt noch in den Anfängen steckt. Klassisches selektives Laserstrahlschmelzen (SLM oder L-PBF) kann sehr dünne Strukturen nicht mit der erforderlichen Auflösung herstellen und hat eine hohe Oberflächenrauheit.

Das am LHM entwickelte Mikro-SLM-Verfahren ermöglicht den 3D-Druck von Bauteilen mit höherer Strukturauflösung, geringerer Oberflächenrauheit und höherer Formgenauigkeit unter Einsatz sehr feiner Pulver mit Korngrößen kleiner 10 μm und einem Laserspot von ca. 30 μm. Damit lassen sich Präzisionsbauteile mit Strukturauflösungen von bis zu 30 μm und Schichtdicken von bis zu 5 μm realisieren. Im Vergleich zum gängigen SLM-Verfahren bedeutet das eine Verbesserung der Auflösung um den Faktor 4 – 5. Die Oberflächenrauheit der unbehandelten Bauteile liegt bereits bei lediglich Ra = 2,5 μm. Durch nachträgliches Glasperlenstrahlen kann die Rauheit auf Ra = 1,0 μm verringert werden und mittels Trockenelektropolieren sogar auf Ra = 0,1 μm.

Das LHM-Team unter Prof. Andre Streek fertigte mit dem Mikro-SLM-Verfahren einen topologieoptimierten Spiegelhalter als monolithisches Festkörpergelenk. Es kann sich in zwei Raumrichtungen flexibel bewegen und in seine Ausgangslage zurückkehren. Hergestellt aus einer hochfesten Stahllegierung, hat das Präzisionsbauteil (45 x 45 x 15 mm³) ein Gewicht von nur 20 g. Dies demonstriert eindrucksvoll die Möglichkeiten der Mikro-SLM-Technologie.

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