Charakterisierung von 3D-MID für Raumfahrtanwendungen

Kunde: European Space Agency (ESA)

3D-MID-Technologie (mit Spritzguss Thermoplasten) ermöglicht die Integration mechanischer, elektronischer, optischer und thermischer Funktionen in dreidimensionale Konstruktionen über selektive Metallisierung, bietet eine hohe geometrische Gestaltungsfreiheit und unterstützt die Miniaturisierung elektronischer Geräte. Anwendungen wie Positionssensoren, Aktoren, Schalter und Antennen können von der Herstellung komplexer Strukturen und Formen profitieren, die potenziell erhebliche Einsparungen an Raum, Masse und Gewicht bieten, die mit herkömmlichen elektronischen Fertigungsmethoden nicht erreicht werden können.

Der Begriff MID kann auch mechatronische integrierte Geräte umfassen, wobei die Tatsache berücksichtigt wird, dass die dreidimensionalen Träger nicht zwangsläufig spritzgegossene Thermoplaste sein müssen. Andere Materialien wie Keramik und Duroplaste können ebenfalls verwendet werden, was die Integration von Sensoren in komplexe Strukturen oder die Integration von Abschirmung, Kühlung und Gehäuse für optimale Miniaturisierung und Gewichtseinsparung ermöglicht. Sogar thermische Funktionen wie Wärmeableitung und Kühlung können mit wärmeleitenden Substratmaterialien und vollständig metallisierten Oberflächen realisiert werden.

Hauptvorteile der 3D-MID-Technologie

Optimale Raumnutzung durch hohe funktionelle Integrationsdichte mechanischer und elektronischer Funktionen auf einer Komponente

MID-Designs ermöglichen effizienteres AIT (Montage, Integration und Test)

  • Miniaturisierung mit erheblicher Gewichtsersparnis
  • hohe Präzision in den Ultra-feinen Leiter Bereich
  • 3D-Layout ermöglicht definierte Winkel zwischen Komponenten, Stapeln und präzise Platzierung von Komponenten
  • Reduzierung von Baugruppen durch Reduzierung herkömmlicher Verbindungsgeräte (z.B. Bandleiter direkt im Gehäuse)
  • Rationalisierung und allgemeine Systemvereinfachung durch Reduzierung von Prozessschritten, Anzahl der Teile und Montagezeit
  • Steigerung der Fertigungszuverlässigkeit durch weniger mechanische Teile und Prozesse
  • Produktion mit hoher Varianz und kurzen Umrüstzeiten
  • Layout-Änderung des Leitungsnetzes benötigt keine Werkzeuge, nur eine Änderung der CAD-Layout-Daten
  • vollständige 3-Dimensionalität mit Durchgalvanisierung ermöglicht komplexe dreidimensionale Verbindungsgeräte

Unser Beitrag

ZieleArbeitsumfang
  • Charakterisierung der Eignung von 3D-Mid-Technologien, Fertigungstechniken, Prozesse und Materialien für Raumfahrt-Telekom-Anwendungen, Ziel für diese Aktivität ist TRL5
  • Identifizierung von kritischen Themen, Empfehlungen im Hinblick auf mögliche nächste Schritte, Änderungen oder Modifikationen, die erforderlich sein könnten; gewonnene Erkenntnisse und Schlussfolgerungen
  • Vorschläge für mögliche Aktivitäten und Roadmap zur Erhöhung des Technology Readiness Levels (TRL)

Phase 1: Untersuchung, Definition und Prozessbewertung

  • Technologie-Überprüfung
  • Auswahl von Raumfahrtanwendungen
  • Bewertung von Fertigungsprozessen und Materialauswahl

Phase 2: Design, Fertigung und Charakterisierung

  • Entwurf, Prototyp-Definition und Testplanung
  • Herstellung und Montage von Teilen
  • Charakterisierung des hergestellten Teils
  • Ergebnisanalyse, Identifizierung kritischer Fragen und zukünftiger Entwicklungen
  • 3D-MID Sun Sensor 1

Resultate

Die wichtigsten Ergebnisse, die bei der Durchführung dieses Projekts erzielt wurden, sind:

  • Reduktion von Höhe und Gewicht um bis zu 75% im Vergleich zu den derzeit in Standardtechnologien erhältlichen Sonnensensoren. Daher wären 3D-MID Sonnensensoren ideal für den Einsatz auf nahezu allen Satelliten, bei denen Masse ein kritischer Parameter ist, insbesondere auf Mikrosatelliten / Cubesats
  • Umwelttests (Thermozyklus und Lebensdauertest) zeigten, dass alle Testmuster voll funktionsfähig ohne nennenswerte Verschlechterung überlebten
  • Vibrations- und Schocktests zeigten einige strukturelle Schäden, es wurden aber ausreichend Informationen gewonnen, um die Probleme zu beheben
  • Informationen für die Systemtechnik im Zusammenhang mit der 3D-MID Konstruktion und der Nutzung des zusätzlichen Freiheitsgrades bei der Platzierung der elektronischen Komponenten
  • Informationen für Hersteller für Prüf- und Montagetechnikanforderungen in der Raumfahrt (z.B. Nachweis der Au-Drahtbonden auf 3D-MID)