Airbus stapt over op 3D-printers voor productie satellietbeugel; een besparing van 20% op de kosten

Het vooruitzicht van kostenbesparingen en meer ontwerpvrijheid heeft aerospacebedrijven over de drempel geholpen om te investeren in 3D-printing. Airbus Defence and Space, een divisie van Airbus Groep gebruikt deze efficiënte productie-technologie om de productie van de satellietbeugel te optimaliseren en verlaagt daardoor de kosten met meer dan 20 procent en het satelliet-gewicht met bijna een kilogram.

De huidige generatie satellieten omvat metalen beugels die dienen als verbinding tussen het lichaam van een satelliet en de koolstofvezel reflectoren en feeder faciliteiten gemonteerd aan de bovenkant. Ingenieurs van de Spaanse tak van EADS Group divisie, Airbus Defence and Space, gebruiken 3D-printers van EOS om de bevestigingsbeugels in hun competentiecentrum te produceren voor composietmaterialen in Madrid.

Een van de titanium beugels, vervaardigd met een EOSINT M 2803D-printer, die het lichaam van een satelliet met koolstofvezel paneel van de reflectoren en feeder faciliteiten aan de bovenkant verbindt.

De steunen moeten stevig vast klemmen aan het satellietorgaan en bestand zijn tegen hoge thermische belastingen, veroorzaakt door extreme temperatuurschommelingen in de ruimte, van -180°C tot +150°C. Titanium is het materiaal bij uitstek voor dergelijke toepassingen vanwege de thermische geleidbaarheid en een hoge sterkte-gewichtsverhouding. Dit laatste is bijzonder belangrijk, omdat elke kilo erbij in de ruimte vele duizenden dollars kost, en vaak lopen de extra kosten zelfs in zes-cijferige getallen afhankelijk van het dragersysteem en de baan die het systeem moet bereiken.

Beugels vervaardigd door conventionele metaalbewerking voldeden niet aan de eisen van de Airbus Defence and Space, omdat ontwerpbeperkingen optimalisatie van het gewicht van de component en de spanningen voorkwamen. Bovendien was die productiemethode zeer tijdrovend, dus daar moest verandering in komen.

Additive manufacturing technologie van EOS werd geselecteerd als een alternatieve productiemethode. De beugel is opgebouwd uit opeenvolgende lagen van metaalpoeder die zijn gesmolten en gehard door een laserstraal aangedreven door data die afkomstig zijn van het CAD-model van dat deel. Titanium is nog steeds bruikbaar als hét beproefde materiaal hiervoor en deze werkwijze maakt dat het ontwerp van componenten gemakkelijk kan worden aangepast.

Otilia Castro Matías, die verantwoordelijk is voor antennes bij Airbus Defence and Space in Madrid verklaarde: “Additieve productie heeft twee belangrijke voordelen. We zijn niet alleen in staat om het ontwerp van de onderdelen te optimaliseren, maar kunnen ze ook in één stuk produceren.

“Als de precisie werkstuk klaar is, blijft er geen overtollig materiaal over, behalve ruw titanium poeder dat in onze EOSINT M 280 kan worden hergebruikt”

De nieuwe apparaten voldoen aan alle verwachtingen van de betrokken deskundigen. Het belangrijkste van alles is de verbeterde temperatuurweerstand van de gehele structuur, die nu gemakkelijk en permanent bestand is tegen een 330°C temperatuurvariatie onder een kracht van 20 kN. Daarnaast is de productietijd voor de drie beugels voor elke satelliet met vijf dagen teruggebracht tot minder dan een maand.

De heer Matías voegt toe: “Dankzij additive manufacturing waren we in staat om de beugel te herontwerpen en de kwetsbaarheid als gevolg van thermische belasting op het grensvlak met de koolstofvezel paneel te elimineren.

“De verbeteringen zorgden ook voor een aanzienlijke teruggang van het thermisch geïnduceerde falen tijdens de kwalificatie-test campagne. De kosten van de ruimtevaart zijn relatief hoog, dus is het vooral belangrijk om alle hardware tegen mogelijk falen te beschermen.

“Additive manufacturing bracht meetbare voordelen voor kritische aspecten van het project zonder dat bezuinigingen elders worden gemaakt, dus er waren geen compromissen – iets wat de ingenieurs niet heel vaak te horen krijgen.

“Bovendien bedroeg de kostenbesparing in de steunbeugelproductie meer dan 20 procent en het gewicht werd verminderd met ongeveer 300 gram, hetgeen een besparing van ongeveer een kilogram per satelliet betekende.”