Sandia National Laboratories e il telescopio stampato in 3d

Sandia National Laboratories  ama stampare in 3D in grande stile. L’appaltatore del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha impressionato con stampi per pale eoliche stampate in 3D , ricevitori di energia solare stampati in 3D e altro ancora. Più recentemente, Sandia National Laboratories ha intrapreso un progetto per la stampa 3D di un telescopio. Il progetto triennale di ricerca e sviluppo diretto dal laboratorio si è concentrato sull’utilizzo della stampa 3D in un modo nuovo. Anziché stampare parti di precisione in 3D, il laboratorio ha lavorato per mettere insieme parti meno precise utilizzando strumenti precisi.

Il telescopio leggero a terra è stato stampato in 3D in circa un terzo delle volte che un telescopio tradizionale avrebbe preso, per circa un quinto del costo. I ricercatori hanno utilizzato un design modulare con componenti stampati in 3D e algoritmi di correzione delle immagini per la progettazione ottica del telescopio.

Ci sono due modi per avvicinarsi alla precisione, afferma Sandia – per rendere ogni pezzo esatto per tolleranze per un semplice assemblaggio, o per realizzare pezzi meno precisi e compensare con un processo di assemblaggio estremamente preciso. La lavorazione ha come risultato parti con dimensioni molto precise, ma non è in grado di gestire le geometrie complesse e non convenzionali di cui è capace la stampa 3D. La stampa 3D costituisce la parte e il materiale allo stesso tempo, e la ricerca viene ancora condotta su come sono influenzate le proprietà dei materiali e se tali cambiamenti nelle proprietà sono importanti.

“Possiamo progettare un sistema a cui non importa se il tuo materiale non è buono come previsto? Riesci a progettare un sistema che non tolleri che le tue parti non siano dimensionalmente precise? “, Ha chiesto l’ingegnere meccanico Ted Winrow, che ha guidato il progetto. “Se ti rendi insensibile alle cose a cui l’additivo non è molto bravo, approfitti di tutte le sue buone cose.”
Ad esempio, una tipica fotocamera ha una sporgenza che deve essere molto precisa, in quanto la sua posizione determina dove si trova la lente. Sandia, quando creava lenti per il telescopio, creava un cilindro dritto senza sporgenze.

Winrow ha detto che, invece, “teniamo l’obiettivo in una posizione molto precisa usando strumenti molto precisi. Teniamo l’obiettivo nel punto giusto e quindi iniettiamo resina epossidica attorno ad esso e lo blocciamo in posizione. Possiamo realizzare parti che sono meno precise per quanto riguarda le dimensioni a causa della resina epossidica nel processo. È l’attrezzatura che è precisa. ”

Sandia ha richiesto un brevetto per una flessione in titanio monolitica che fa parte del supporto per specchio telescopico. Una flessione è una vasta gamma di elementi che vengono utilizzati come giunti tra corpi rigidi. Piegare l’elemento produce il movimento congiunto. Non è possibile montare rigidamente metallo su vetro perché i due materiali si espandono e si contraggono a ritmi diversi man mano che la temperatura cambia, provocando la deformazione o addirittura la rottura del vetro.

La correzione del software produce un’immagine chiara presa dal telescopio.
Una flessione agisce come una molla, sebbene non sia a forma di spirale. Il design di Sandia è cilindrico, lungo circa due pollici e 3/4 pollici di diametro, con lame di flessione molto sottili. Tre supporti flessibili si attaccano agli specchi con resina epossidica, alleviando la contrazione e lo stress di espansione in cui gli specchi si attaccano a una dorsale in fibra di carbonio.

Il team di progettazione meccanica di precisione ha lavorato con il progettista ottico Sandia Jeff Hunt e gli autori dell’algoritmo Dennis Lee ed Eric Shields sul progetto. Secondo Winrow, il design dell’obiettivo crea un’immagine grezza con distorsioni e altri errori, ma gli algoritmi del software correggono tali errori.

“Il pensiero era che avresti potuto avere ottiche meno precise e correggerlo con il software, essenzialmente dopo il fatto”, ha detto Winrow. “Simile a come abbiamo progettato l’hardware meccanico per essere insensibili alle carenze di produzione additiva e sfruttare i suoi benefici, Jeff ha ottimizzato l’ottica del sistema in modo che il software mantenesse le proprietà dell’immagine che gli algoritmi non avrebbero potuto svolgere come un buon lavoro di correzione. Potresti ottenere le stesse prestazioni che potresti ottenere se spendessi il triplo di denaro in un’ottica migliore. ”
Il progetto è terminato, ma i Sandia National Laboratories stanno ancora utilizzando le informazioni che hanno ottenuto da esso, secondo Winrow.

“Era quello che il progetto stava guardando, come questi modi potevano renderlo più veloce ed economico e altrettanto buono”, ha detto. “Se parli di cose che puoi rinunciare, cose che puoi compensare dopo il fatto, si aprono i reami dal lato del design.”

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