Raumfahrttaugliche, metallisierte Polymer-Mikro-AM-Komponenten für leichtere HF-Nutzlasten
Die Anforderungen an Satellitenhardware sind höher denn je – kleinere Plattformen, größere Konstellationen, strengere SWaP-Grenzwerte, kürzere Entwicklungszyklen sowie ein stärkerer Druck hinsichtlich Kosten und Herstellbarkeit. Horizon Microtechnologies unterstützt seine Kunden dabei, HF- und zugehörige Nutzlast-Hardware neu zu konzipieren, indem das Unternehmen hochpräzise Polymer-Mikro-AM mit fortschrittlicher Metallisierung, Schutzbeschichtungen und Design-Know-how sowohl in der Mikrowellentechnik als auch in den Bereichen additive Fertigung und Beschichtungsstrategien kombiniert.
Das Ergebnis ist ein Ansatz für leichte, gestaltungsflexible Bauteile, bei denen Polymer für die präzise Grundgeometrie verwendet wird und dünne Metallbeschichtungen die an der Oberfläche erforderlichen Leitfähigkeits-, Abschirmungs- und HF-Eigenschaften gewährleisten, ohne dass auf ein vollständig maschinell bearbeitetes Metallbauteil zurückgegriffen werden muss.
Warum die Raumfahrt einen neuen Fertigungsweg braucht
New Space zwingt zu einer Veränderung der Fertigungsökonomie. Ein Bauteil, dessen Herstellung bei einem Bedarf von einigen Dutzend noch rentabel ist, kann bei einem Bedarf von mehreren Tausend zu teuer, zu schwer oder zu zeitaufwendig in der Fertigung werden. Gleichzeitig müssen die für die Nutzlast zuständigen Teams die Masse reduzieren, mehr Funktionalität auf kleinerem Raum unterbringen und Entwürfe schneller iterieren. Die Fertigung muss daher neben der technischen Leistungsfähigkeit auch Kosten, Wiederholbarkeit und Stückzahlen gewährleisten.
Bei vielen passiven HF-Bauteilen besteht das herkömmliche Verfahren darin, das gesamte Bauteil aus Metall zu fertigen. Für viele Anwendungen ist dies nach wie vor völlig angemessen. Wenn jedoch die metallischen Eigenschaften nur an der Oberfläche benötigt werden, kann die Fertigung des gesamten Bauteils aus Metall zu unnötiger Masse und unnötigen Kosten führen, die Geometrie einschränken und mit steigenden Produktionsmengen zunehmend unwirtschaftlich werden.
Horizon verfolgt einen anderen Ansatz. Durch hochauflösenden 3D-Druck entsteht die leichte Polymergeometrie, während eine dünne, an die Form angepasste Metallbeschichtung für Leitfähigkeit, Abschirmung und HF-Funktionalität sorgt. Das Ergebnis ist ein integriertes Bauteil, bei dem Metall nur dort zum Einsatz kommt, wo seine Eigenschaften benötigt werden.
Was „Horizon“ für die Raumfahrt leistet
Der Schwerpunkt von Horizon im Raumfahrtbereich liegt auf präziser passiver HF-Technik und der dazugehörigen Nutzlast-Hardware, bei der geringes Gewicht, Geometrie, leitfähige Oberflächen, feine Strukturen und eine skalierbare Fertigung die Systemleistung oder Wirtschaftlichkeit maßgeblich beeinflussen.
Zu den aktuellen Schwerpunkten von Horizon zählen Abschirmgehäuse und HF-/Elektronikgehäuse, wobei das Fertigungsverfahren auch für ausgewählte Wellenleiter-, Antennen-/Speise- und Filterstrukturen relevant ist, deren Geometrie und Oberflächenanforderungen für den Prozess geeignet sind.
Was die Hybridarchitektur ermöglicht
Der Vorteil besteht nicht einfach darin, Metall durch Polymer zu ersetzen. Vielmehr geht es darum, jedes Material dort einzusetzen, wo seine Eigenschaften am besten zur Geltung kommen, und mechanische Konstruktionsentscheidungen, die durch alternative Fertigungsverfahren vorgegeben sind, neu zu überdenken.
Das 3D-gedruckte Polymer sorgt für eine leichte, meist dünnwandige und präzise dreidimensionale Geometrie; die konforme Metallschicht sorgt für die erforderlichen leitfähigen und HF-Oberflächeneigenschaften; und Schutzbeschichtungen können dort aufgebracht werden, wo die Betriebsumgebung dies erfordert.
Dies fördert Gewichtsreduzierung, Miniaturisierung, kompakte Integration und schnelle Konstruktionsiterationen und eröffnet gleichzeitig Geometrien, deren Herstellung durch herkömmliche Zerspanung oder metallischen 3D-Druck kostspielig, aufwendig oder unpraktisch sein kann.
Das Ergebnis ist ein einziges Bauteil, bei dem Polymer und Metall jeweils dort zum Einsatz kommen, wo ihre Eigenschaften den größten Mehrwert bieten, anstatt das gesamte Bauteil standardmäßig aus einem einzigen Werkstoff herzustellen.
Raumfahrtbezogene Belege für den Herstellungsweg
Horizon hat eine Evidenzbasis für repräsentative Demonstrationsmuster aus metallisierten Polymeren aufgebaut, wobei etablierte Tests zum Einsatz kamen, die speziell darauf ausgerichtet waren, relevante Risiken für das Material und die Beschichtung zu untersuchen, die sich aus einer LEO-Umgebung ergeben. Das Testprogramm umfasste das Ausgasungsverhalten, Temperaturschocks und -wechsel, Strahlung, mechanische Stöße sowie die Einwirkung von atomarem Sauerstoff, zusammen mit einer Bewertung der Integrität der Beschichtung und der Grenzfläche.
Es handelt sich hierbei um bewährte Prüfverfahren, die auf eine neue Komponente, ein neues Material und eine neue Fertigungsarchitektur angewendet werden. Sie liefern den Kunden aussagekräftige Nachweise, auf deren Grundlage die anwendungsspezifische Entwicklung und Qualifizierung fortgesetzt werden kann.
Der Umfang spielt eine Rolle
Die Raumfahrtaktivitäten von Horizon basieren auf einem Fertigungsprozess, der den Übergang vom Prototyp zur Serienproduktion ermöglicht, ohne dass Kunden bei steigenden Stückzahlen ihre Verfahren oder Materialien ändern müssen. Für Phased-Array-Satellitennutzlasten und Architekturen im Konstellationsmaßstab passen die prognostizierten Stückzahlen im Bereich von mehreren Zehntausend Teilen hervorragend zur Skalierungsstrategie von Horizon, die auf Druck- und Beschichtungsverfahren basiert.
Bringen Sie uns das Bauteil, das zu schwer, zu teuer, zu langsam zu beschaffen oder durch herkömmliche Fertigungsverfahren zu stark eingeschränkt ist. Horizon hilft Ihnen dabei, herauszufinden, ob die Mikro-Additive Fertigung mit metallisierten Polymeren hier eine Lösung bieten kann.