Vom beschichteten Mikro-AM-Prototyp zum vielversprechenden Kandidaten für Weltraumhardware
Der Einsatz von Metall-Polymer-Hybridbauteilen in der Raumfahrt erfordert den Nachweis, dass das Materialsystem, die Beschichtungsarchitektur und das gefertigte Bauteil unter den relevanten Umgebungsbelastungen geeignet bleiben. Horizon hat daher ein strukturiertes Testprogramm rund um repräsentative metallisierte Polymer-Demonstrationsmuster entwickelt, darunter Abschirmgehäuse und wellenleiterbezogene Hardware, wobei bewährte Methoden zum Einsatz kommen, die für LEO-Umgebungen relevant sind.
Was wurde getestet?
Die Qualifizierungsarbeiten von Horizon waren darauf ausgelegt, über das reine Vertrauen in Testcoupons hinauszugehen. Anhand repräsentativer Demonstrationsmodelle wurde untersucht, wie sich gedruckte Polymerstrukturen, Metallisierungen, Schutzbeschichtungen und komponentenrelevante Geometrien unter Bedingungen verhalten, die für den Einsatz in der erdnahen Umlaufbahn (LEO) und für Satellitennutzlasten relevant sind.
Ziel war es, aussagekräftige technische Belege für Kundengespräche zu erstellen, nicht aber, eine allgemeine Eignung für alle möglichen Einsätze oder Bauteilkonstruktionen zu behaupten.
Meilensteine der Qualifikation
Umwelt- und mechanische Beanspruchung repräsentativer metallisierter Polymer-Demonstrationsmuster.
Vakuum/Ausgasung
Bewertung des gesammelten flüchtigen kondensierbaren Materials (CVCM), des Gesamtmassenverlusts und des zurückgewonnenen Massenverlusts gemäß ECSS-Q-ST-70-02C.
Temperaturschock und Temperaturwechselbeanspruchung
2.000 Temperaturwechsel von -40 °C auf +125 °C innerhalb von 10 Sekunden (und zurück).
Strahlung
Exposition gegenüber kumulierten Dosen von bis zu 100 kRad und Bewertung der mechanischen Auswirkungen.
Atomarer Sauerstoff
Exposition/Simulation, die etwa einem Jahr in der erdnahen Umlaufbahn (LEO) entspricht.
Alterung bei hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit
Bewertung des Werkstoffs und des Beschichtungssystems nach Einwirkung erhöhter Temperaturen und Luftfeuchtigkeit zur Beurteilung der Alterung während der Herstellung, Montage, Integration und Prüfung.
Mechanischer Stoß
Typische Bauteile mit Beschichtungen, die einer Beschleunigung von bis zu 60 g ausgesetzt wurden.
Haftfestigkeit und Alterung von Beschichtungen
Prüfung gemäß ECSS-Normen für metallisierte HF-Hardware. Zudem wird eine Beschleunigung von bis zu 60 g auf Bauteile ausgeübt, die auf Leiterplatten gelötet sind, wobei die Metallisierung die daraus resultierende Scherbelastung aufnimmt.
Wie die Ergebnisse ausgewertet wurden
Sichtprüfung und mikroskopische Untersuchung
Prüfen Sie das Material auf Anzeichen von Rissen, Ablösung, Blasenbildung, Verfärbungen und anderen Beschädigungen.
Leitfähigkeits- und Funktionsprüfungen
Vierpunkt-Messungen des Flächenwiderstands bei jeder Charge vor und nach den verschiedenen Belastungstests. S-Parameter-Messungen des Wellenleiters für ausgewählte Tests.
Materialermüdung
Anzahl der Biegezyklen bis zum Bruch.
Haftung
Klebeband-Abziehprüfung gemäß ECSS-Normen und Go/No-Go-Bewertung nach mechanischen Stoßprüfungen.
Wie man die Beweise interpretiert
Die Qualifizierungsdaten von Horizon sollten als Faktengrundlage für die frühzeitige Risikominderung, für Diskussionen zur Anwendungstauglichkeit und für die anwendungsspezifische Qualifizierungsplanung herangezogen werden. Sie belegen, dass metallisierte Polymer-Mikro-AM-Bauteile anhand etablierter, für die Raumfahrt relevanter Verfahren unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen bewertet werden können, und liefern damit eine aussagekräftige Faktengrundlage für die anschließende anwendungsspezifische Qualifizierung.
Dies entbindet jedoch nicht von der Notwendigkeit einer abschließenden programmspezifischen Überprüfung. Wie bei jeder Flug-Hardware hängt die endgültige Qualifizierung von der Bauteilgeometrie, der Einsatzumgebung, den Einbaubedingungen, den zulässigen Werkstoffen, den Anforderungen auf Systemebene und den kundenspezifischen Abnahmekriterien ab.
Warum dies für die Adoption von Bedeutung ist
Neue Fertigungsverfahren scheitern oft aus wirtschaftlichen Gründen, weil die ersten Testergebnisse zu spät vorliegen. Horizon verfolgt den umgekehrten Ansatz und entwickelt das Komponentenkonzept, das Fertigungsverfahren und die Qualifizierungslogik gemeinsam.
Das ist für Satellitenteams von Bedeutung, da dadurch Risiken in Bezug auf Machbarkeit, Konstruktion, Fertigungsweg und Qualifizierung bereits in einer viel früheren Phase des Programms berücksichtigt werden können.
Sie interessieren sich für metallisierte Polymer-Mikro-AM für eine Weltraumanwendung? Beziehen Sie Horizon frühzeitig mit ein, solange Geometrie, Werkstoffe, Fertigung und Qualifikationsanforderungen noch gemeinsam berücksichtigt werden können. Die größte Freiheit, Qualifikationsanforderungen in das Bauteil zu integrieren, besteht, solange Geometrie, Werkstoffe und Fertigungsverfahren noch gestaltet werden können.