Raumfahrttechnologie: 3D Systems und Airbus präsentieren ersten 3D-gedruckten Radiofrequenz Filter für Satelliten

 16. August 2017  Susann Heinze-Wallmeyer  

Gemeinsam mit der Europäischen Weltraumagentur ESA arbeiten Airbus und 3D Systems am ersten Radiofrequenz Filterprojekt. Dabei setzen die Unternehmen auf den 3D-Druck mittels DMP-Technologie.

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3D Systems und Airbus Defence and Space präsentierten jetzt ihren validierten und flugfähigen 3D-Radiofrequenz Filter (RF) für Satelliten. Er ist der erste seiner Art, der sämtliche Tests bestanden hat und in kommerziellen Telekommunikationssatelliten eingesetzt wird.

3D-Systems stellte jetzt unter dem Titel „First Air-Worthy Metal Printed RF Filter Ready for Take-Off“ eine Fallstudie vor. Die Metall-RF-Filter sind seit Jahrzehnten ein wichtiger Bestandteil der Kommunikationssysteme. Satelliten können mit bis zu 500 RF-Filtern und Wellenreitern ausgerüstet werden. Diese sind dazu bestimmt, Frequenzen bestimmter Kanäle zu blockieren und zugleich auch bestimmte Kanäle durchzulassen.

RF Filter im Größenvergleich
Ein Modell des 3D-gedruckten RF Filters im Größenvergleich. (Bild: © 3D Systems)

Um die Metall-RF-Filter neu zu gestalten und auch zu konsolidieren, wurde der 3D-Druck ins Spiel gebracht. Dieser sorgt dafür, dass die Filter wesentlich leichter werden, ein effizientes Design erhalten und auch die Produktionszeiten geringer ausfallen. Das geringere Gewicht ist vor allem auch deshalb wichtig, da es Zehntausend Dollar und mehr kostet, ein einziges Kilogramm auf eine Erdumlaufbahn zu schicken. Mit dem 3D-Druck konnte gegenüber den herkömmlich gefertigten Filtern eine Gewichtsabnahme von 50 Prozent realisiert werden.

3D Systems ProX DMP 320 3D-Drucker
Mit einem ProX DMP 320 Drucker von 3D Systems wurden die RF Filter gedruckt. (Bild: © 3D Systems)

Für den Druck der RF-Filter nutzte 3D Systems einen ProX DMP 320 Direkt-3D-Drucker, dessen maximales Bauvolumen bei 27,5 x 27,5 x 42,0 Zentimetern liegt. Dieser Drucker sei nach Angaben von 3D Systems in der Lage, sowohl die Funktionalität zu verbessern sowie die Produktionszeit, die Kosten und auch das Gewicht zu verringern. Zugleich ist es möglich, für den RF-Filter neue Designlösungen zu schaffen. Traditionell werden diese Filter mittels Fräs- und Funkenerodierung gefertigt.

„Hohlräume für RF-Filter müssen typischerweise aus zwei Hälften bestehen, die zusammen verschraubt werden. Das erhöht das Gewicht, fügt einen Montageschritt zur Produktionszeit hinzu und erfordert eine zusätzliche Qualitätsbewertung“, so 3D Systems.

Durch den 3D-Druck und dem Einsatz der 3D-elektromagnetischen Simulations-Software CST MWS war es möglich, das Design des RF-Filters und dessen komplexer Geometrien zu optimieren, was nur durch die additive Fertigung realisierbar war.

„Die Hauptvorteile eines monolithischen Designs, das durch den 3D-Druck ermöglicht wird, sind Masse, Kosten und Zeit“, erläuterte Paul Booth, RF-Ingenieur bei Airbus Defense und Space Stevenage in Großbritannien. „Die Masse wird reduziert, weil die Anforderung, Befestigungselemente zu integrieren, nicht mehr besteht. Beim direktem Metalldruck gibt es auch den kostenfreien Bonus, dass das Außenprofil dem Innenprofil genauer folgt, so dass nur das wirklich notwendige Metall verwendet werden muss. Der Kosten- / Zeit-Nutzen ergibt sich aus der Reduzierung der Montage und der Nachbearbeitung.“

Eingebauter RF Filter
Hier sehen Sie den RF Filter im eingebauten Zustand. (Bild: © 3D Systems)

Das Ergebnis dieses Projektes ist, dass nun eine wesentlich umfangreichere Nutzung von RF-Filtern mit mechanischen und thermischen Komponenten möglich ist. Gerade die Verringerung des Gewichts, die Reduzierung der Kosten und die kürzere Produktionszeit bieten ein erhebliches Potenzial.

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