Mitteilung

3D-Druck von VLT-Komponenten

10. Februar 2014

Die ESO hat kürzlich mit der innovativen Technologie des 3D-Drucks [1] Gießformen für zwei neue Teleskopkomponenten hergestellt. Diese werden für das MUSE-Instrument vom Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile benötigt und sind Teil des Adaptive Optics Facility-Projekts. 3D-Druck ist eine vielversprechende Technik für die Herstellung von Sonderanfertigungen, wie sie häufig bei astronomischen Instrumenten benötigt werden, da die Komponenten hierbei schneller, günstiger und mit größerer Flexibilität zur Verfügung gestellt werden können.

Das erste Teil, das von der deutschen Firma voxeljet AG hergestellt wurde, ist ein struktureller Teil eines neuen Sensorarms [2], der im Teleskop installiert wurde und mit dem MUSE-Instrument zusammenarbeiten soll. Diese Änderung dient außerdem der Unterstützung des GALACSI-Moduls, einer adaptiven Optik, die 2015 eingebaut werden soll. Der Sensorarm ist eine Metallhalterung für drei flache Spiegel [3], die Lichtstrahlen auf die Sensoren lenken, die das adaptive Optik-System des VLT kontrollieren und für die Nachführung des Teleskops während der Beobachtungen verwendet werden.

Die Komponente wurde mit einer Technik erstellt, die auch als Feinguss bekannt ist und traditionell zur Herstellung von Komponenten mit sehr komplexen Formen genutzt wurde, wie beispielsweise Schaufeln von Gasturbinentriebwerken. Bei dieser Gussmethode wird zunächst mit Hilfe einer Software ein Modell erstellt und die mechanischen Eigenschaften mit industriellen Standardverfahren analysiert. Wenn ein geeignetes virtuelles Modell erzeugt wurde, wird ein Muster gedruckt; in diesem speziellen Fall wird hierfür der Thermoplast Polymethylmethacrylat (Plexiglas) verwendet.

Als nächstes wird eine Negativform des Originals aus wachsinfiltriertem Plastik erzeugt. Bei diesem Prozess wird das Muster mit einer hitzebeständigen Keramik überzogen. Anschließend wird die Keramik behandelt, gehärtet und das wachsinfiltrierte Muster ausgeschmolzen. In die resultierende Keramikhülle wird im letzten Schritt das Metall gegossen.

Der vorherige Sensorarm wurde aus Beryllium hergestellt, einem Leichtmetall, das als solches die Voraussetzungen für einen Sensorarm erfüllt. Allerdings ist Beryllium hochgradig giftig, weshalb solche Komponenten nach der Installation nicht ohne Gefahr weiterverarbeitet oder modifiziert werden können. Deshalb wurde für das Ersatzteil hochwertiges Aluminium als Material für den letzten Guss ausgewählt.

Die zweite Komponente, ein Abstandshalter für die VLT-Testkamera, wurde von der ACTech GmbH hergestellt, einer weiteren deutschen Firma, die sich auf die Metallguss-Technik spezialisiert hat. Diese Komponente wurde aus duktilem Gusseisen in einem ähnlichen Feingussprozess hergestellt, wobei das Originalmuster aus in einem Laser-Sinterprozess stammte.

Endnoten

[1] Die 3D-Druck-Technologie ist ein additives Herstellungsverfahren, das für Firmen Produktionszeiten reduzieren, Abfallmaterial minimieren und Geld einsparen soll. Traditionelle Herstellungsmethoden wie Fräsen und Drehen zählen zu den subtraktiven Prozessen, da solange Material von einem größeren Stück entfernt wird, bis die finale Form entstanden ist. Dies kann zu einer Menge Abfallmaterial in Form von Spänen führen. Additive Prozesse vermeiden diese Verschwendung, indem die Form Schicht für Schicht erstellt wird. 3D-Druck, genauer der 3D-Druck für Gussformen, erlaubt es, komplexe interne Geometrien zu erzeugen, die anders unmöglich so hergestellt werden könnten.

[2] Die Funktion des neuen Sensorarms ist es, dass das adaptive Optik-System auch 250 Millimeter von seiner ursprünglichen Fokusposition entfernt fokussieren kann. Das Ergebnis ist, dass die Fokalebene damit 500 Millimeter vom Nasmyth-Flansch entfernt liegt. Diese zusätzliche Distanz schafft den Raum, der für die GALACSI-Installation benötigt wird, der neuen adaptiven Optik für MUSE.

[3] Diese Spiegel werden aus HB-CESIC® hergestellt. Hierbei handelt es sich um kohlenstofffaserverstärktes Siliziumcarbid - ein Material, das sich durch seine außergewöhnliche Härte, sehr hohe spezifische Steifheit und einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten auszeichnet. Die Spiegel wurden von der ecm Engineered Ceramic Materials GmbH und Berliner Glas hergestellt.

Kontaktinformationen

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Antonio Manescau
ESO Deutschland
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Robin Arsenault
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