Kongsberg Defence & Aerospace (KDA) utvikler fremtidens mekanismer for å bevege antenner ombord på satellitter. Det stilles stadig strengere krav til lavere vekt, raskere bevegelse og mer presis pekenøyaktighet, samtidig som pris og ledetid skal reduseres.

Programområdet for Space Mechanisms har lang erfaring med design, sammenstilling og test av mekanismer for antennepeking og rotasjon av solcellepanel på satellitter. Den største kunden er European Space Agency (ESA) og produktene inngår i de viktigste programmene for jordobservasjon, meteorologi og vitenskap.

I dag benyttes det i stor grad tradisjonelle produksjonsmetoder med vel etablerte og kvalifiserte prosesser for fremstilling av strukturdeler. For å være markedsledende i fremtiden vil man på lik linje med i dag være avhengig av å utvikle produkter som yter bedre enn konkurrenten, men som samtidig har en konkurransedyktig pris og kortere ledetid. Dette krever nye tankesett.

– Det ble raskt tydelig at det nye antennekonseptet med større antenneflater var en kandidat for å vurdere alternativ produksjonsmetode. Fremtidige ytelseskrav for Antenna Pointing Mechanisms (APM) er ekstreme og jeg var bekymret for at det ville være svært utfordrende og kostdrivende å komme frem til en akseptabel løsning gitt vår nåværende designmetodikk og kapabilitet, forteller Johan Mürer, Produktsjef for Antenna Pointing Mechanisms.

Johan Mürer tok kontakt med Peder August Aune og Christer Kobbevik Oldeide, begge Technical Leads i ReThink for å se på potensiale for å optimalisere design og produksjonsmetode for det nye antennekonseptet med tanke på vektreduksjon.

ReThink bidrar til nytenking av produktutvikling

ReThink er et nasjonalt kompetansesenter i Kongsberg med fokus på produkt- og systemdesign innen Additive Manufacturing. Det er Kongsberg Gruppen, TechnipFMC, Kongsberg Automotive og GKN Aerospace som står bak etableringen av senteret. ReThink er et prosjekt i Kongsberg Klyngen og er lokalisert hos Kongsberg Innovasjon.

Additive Manufacturing er et samlebegrep for produksjonsteknologier, hvor produktet bygges lagvis opp av ulike materialer. En positiv effekt er også at det gir en bedre utnyttelse av materialet som bidrar til en bærekraftig produksjon. Additive produksjonsmetoder gjør det mulig å produsere produkter man ikke kunne skape tidligere, nettopp fordi konstruksjonen bygges opp lagvis.

– Det har vært veldig spennende og lærerikt å bruke design for Additive Manufacturing til å ta frem en mulighetsdemonstrator for romindustrien. Vi valgte å se på redesign av 4 komponenter fra et potensielt fremtidig APM-design – begge antennespeilene samt to andre strukturelle sub-komponenter. Deretter tok vi i bruk ReThink sin designmetodikk og digitale verktøy og brukte spesifikt topologioptimalisering for å skape et optimalt nytt design for hver av komponentene, forteller en entusiastisk Peder August Aune.

Etter i underkant av 6 uker, presenterte ReThink et imponerende resultat av demonstratoren som viste hele 40% vektreduksjon og mer enn 100% økning i stivhet til vekt (spesifikk stivhet).

Både vekt og stivhet er viktige egenskaper for komponenter til satellitter for å kunne tåle den enorme påkjenningen av vibrasjon ved oppskyting til jordbanen satellitten skal befinne seg i. Vekten er en stor kostdriver for oppskyting.

Resultatet ble presentert til stor kollektiv entusiasme fra både ReThink og KDA.

– Som et fullstendig og endelig bevis på metodikkens gjennomførbarhet har vi printet ferdige prototyper i høystyrke aluminium hos en ledende samarbeidspartner på AM for space og aerospace, APWORKS i Tyskland. Resultatet gir et organisk og slankt, høyst delikate utseende med ekstremt tynne materialtykkelser. Men vi kan forsikre, gjennom avanserte analyseresultater, at delene uten problemer vil tåle en utskytning, sier Christer Kobbevik Oldeide, Technical Lead i ReThink.

– For dette prosjektet har vi faktisk valgt å legge oss på en konservativ linje og det er dermed mulig å forbedre ytelsen ytterligere, legger Aune til.

Åpner opp store muligheter for fremtiden

Mulighetsstudie har blitt forelagt ESA som var svært positive til det gode resultatet som er oppnådd med særdeles få timer. ESA har i dag støtteordninger for teknologimodninger og utvikling av produkter og oppfordrer KDA til videre arbeid innenfor AM.

Det gjenstår fortsatt en god del arbeid for å kvalifisere romfartsprodukter som består av komponenter utviklet ved hjelp av AM. Konkret vil det være behov for å sikre produksjonsmetoden for stabil kvalitet samt få ned stykkpris og etterbehandling av delene for å oppnå riktig overflatefinhet og toleranser. Dette er en investering som må tas før KDA kan tilby APM med 3D-printing.

– ReThink er svært stolte og glade for muligheten til å bidra med kompetanse til et prosjekt med så krevende tekniske utfordringer som satellitteknologien til Kongsberg Defence & Aerospace representerer, sier Lars Lyshaug som er daglig leder i ReThink. At vi i samarbeid med prosjektteamet på kort tid har oppnådd ekstreme resultater, viser med all tydelighet potensialet som ligger i denne teknologien, og vi gleder oss til videre samarbeid, sier Lyshaug.

ReThinks utnyttelse av optimaliseringsteknologi i dette tilfelle har skapt interesse også ut over våre egne landegrenser. En av samarbeidspartnerne, Altair, fremhever ReThink som en god samarbeidspartner.

– Det som ReThink har demonstrert i prosjektet for Konsberg Defence & Aerospace viser tydelig at de er i forkant når det gjelder å bruke optimaliseringsdrevet design, sier Joakim Lindholm, Sales Director, Altair. – Denne teknologien vil fortsette å endre spillereglene for mekanisk design, og spiller en stadig viktigere rolle for alle selskaper som ønsker å være ledende innen sitt respektive felt.

– ReThink er uten tvil, en organisasjon som er veldig godt rustet til å hjelpe bedrifter med å oppnå dette. Vi i Altair er stolte av å samarbeide med ReThink slik at de kan fortsette å flytte grensene for hva som er mulig. Vi gleder oss til fortsettelsen, forteller Lindholm begeistret.