Onderzoekers in het Verenigd Koninkrijk hebben met succes lichtgewicht, flexibele aluminium spiegels ontwikkeld voor CubeSat-telescopen met behulp van 3D-printtechnologie. Deze innovatieve methode resulteert in een gewichtsreductie van ongeveer 60% ten opzichte van conventionele ontwerpen, wat cruciaal is voor de vooruitgang van CubeSat-technologie gezien de groeiende vraag naar kosteneffectieve, robuuste en lichtgewicht optische componenten.
De ontwikkelde spiegel is ringvormig met een externe diameter van 84 mm en een interne diameter van 32 mm. Het ontwerp bevat een "split-p interne lattice" structuur, vergelijkbaar met een honingraat, die de stevigheid verbetert en tegelijkertijd het gewicht aanzienlijk vermindert. Finite Element Analysis (FEA) simulaties voorspelden een gewichtsreductie van ongeveer 56%, wat dicht bij het beoogde doel van 60% ligt. Dit type interne structuur is kenmerkend voor moderne lichtgewicht spiegelontwerpen voor ruimtevaarttoepassingen, omdat het complexe geometrieën mogelijk maakt die met traditionele fabricagemethoden niet realiseerbaar zijn.
Het productieproces maakte gebruik van Laser Powder Bed Fusion (LPBF) met een AlSi10Mg aluminiumlegering. Nabehandeling omvatte Hot Isostatic Pressing (HIP) om porositeit te minimaliseren en single-point diamond turning om een reflecterend oppervlak te creëren. LPBF is een geavanceerde techniek die metaalpoeders selectief smelt met een laser, waardoor complexe onderdelen laag voor laag worden opgebouwd. Deze methode wordt steeds vaker toegepast in de lucht- en ruimtevaart vanwege de mogelijkheid om lichtgewicht componenten met interne lattice structuren te produceren, wat de efficiëntie verbetert.
Röntgencomputertomografie (XCT) identificeerde kleine poriën, met name aan de rand waar het laserpad verandert. De metingen van de oppervlakteruwheid bleven onder de 8 nm voor alle monsters. Monsters die met HIP waren behandeld, vertoonden een iets hogere ruwheid dan de met diamant gedraaide exemplaren. Het HIP-proces verminderde de interne porositeit en verhoogde de sterkte, maar leidde ook tot hogere Total Integrated Scatter (TIS) waarden als gevolg van de toegenomen oppervlakteruwheid. Het beheersen van deze porositeit en oppervlakteruwheid is een belangrijke uitdaging bij de productie van hoogwaardige optische componenten voor de ruimtevaart.
Verdere werkzaamheden zullen gericht zijn op het aanbrengen van een chroom optische coating om de oppervlaktekwaliteit te verbeteren. Ook zullen tests op thermische flexibiliteit worden uitgevoerd om de prestaties van de spiegel onder ruimteomstandigheden te evalueren. De ontwikkeling van deze 3D-geprinte spiegels is een belangrijke stap voorwaarts in de optiek voor ruimtevaarttoepassingen, waarbij de trend naar miniaturisatie en gewichtsbesparing in CubeSats centraal staat. Deze technologieën maken geavanceerdere en kosteneffectievere missies mogelijk, waardoor de toegang tot de ruimte voor wetenschappelijk onderzoek en technologische demonstraties wordt vergroot.