Investigación y verificación experimental sobre el método de diseño de optimización topológica de espejos espaciales basado en tecnología de fabricación aditiva
Autores: Fan, Yanchao; Dong, Deyi; Li, Chao; Sun, Yuxin; Zhang, Zhiyu; Wu, Fanlu; Yang, Liwei; Li, Quhao; Guan, Yingjun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Investigación y verificación experimental sobre el método de diseño de optimización topológica de espejos espaciales basado en tecnología de fabricación aditiva
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Espejos espaciales
Optimización topológica
Tecnología de fabricación aditiva
Calidad estructural
Precisión de la forma superficial
Ligero
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
Como uno de los componentes más críticos en las cámaras ópticas espaciales, el rendimiento de los espejos espaciales afecta directamente la calidad de imagen de las cámaras ópticas espaciales, y la forma ligera de los bloques de espejo es un factor clave que afecta la calidad estructural y la precisión de la forma superficial de los espejos. Para los requisitos de diseño de espejos espaciales ligeros y de alta precisión en la forma superficial, este estudio propone un método de diseño y fabricación que integra la optimización topológica con la tecnología de fabricación aditiva. Este artículo primero introdujo el proceso básico y las tecnologías clave del diseño de espejos espaciales y analizó la superioridad de combinar un diseño de configuración optimizado topológicamente con la tecnología de fabricación aditiva; en segundo lugar, se utilizó el método de diseño optimizado topológicamente de un espejo de estructura abierta por detrás para completar el diseño del esquema de un espejo de 260 mm de apertura; finalmente, se utilizó la tecnología de fabricación por fusión selectiva por láser para completar el bloque de espejo de 260 mm de apertura. El espejo y su estructura de soporte fueron ensamblados y probados en un modo modal; las frecuencias resonantes del ensamblaje del espejo fueron todas superiores a 600 Hz; y la desviación de los resultados analíticos estuvo dentro del 2%. La superficie óptica del espejo fue mecanizada mediante la técnica de torneado con diamante de un solo punto (SPDT). La precisión de la superficie óptica fue verificada por un interferómetro Zygo. La precisión RMS de la superficie del espejo fue de 0.041 (es la longitud de onda; = 632 nm). En la prueba de la influencia de la gravedad en la precisión de la forma superficial, el espejo fue volteado, lo que equivalía a el doble de la gravedad, y la RMS de la precisión de la forma superficial del espejo fue de 0.043, lo que cumplió con el requisito. Los resultados de verificación muestran que el espejo diseñado y fabricado mediante el método de optimización topológica basado en fabricación aditiva puede ser preparado por el proceso existente, y la maquinabilidad y las propiedades mecánicas pueden cumplir con los requisitos, lo que proporciona un método de desarrollo efectivo para mejorar el diseño estructural y optimizar la fabricación de reflectores espaciales.
Descripción
Como uno de los componentes más críticos en las cámaras ópticas espaciales, el rendimiento de los espejos espaciales afecta directamente la calidad de imagen de las cámaras ópticas espaciales, y la forma ligera de los bloques de espejo es un factor clave que afecta la calidad estructural y la precisión de la forma superficial de los espejos. Para los requisitos de diseño de espejos espaciales ligeros y de alta precisión en la forma superficial, este estudio propone un método de diseño y fabricación que integra la optimización topológica con la tecnología de fabricación aditiva. Este artículo primero introdujo el proceso básico y las tecnologías clave del diseño de espejos espaciales y analizó la superioridad de combinar un diseño de configuración optimizado topológicamente con la tecnología de fabricación aditiva; en segundo lugar, se utilizó el método de diseño optimizado topológicamente de un espejo de estructura abierta por detrás para completar el diseño del esquema de un espejo de 260 mm de apertura; finalmente, se utilizó la tecnología de fabricación por fusión selectiva por láser para completar el bloque de espejo de 260 mm de apertura. El espejo y su estructura de soporte fueron ensamblados y probados en un modo modal; las frecuencias resonantes del ensamblaje del espejo fueron todas superiores a 600 Hz; y la desviación de los resultados analíticos estuvo dentro del 2%. La superficie óptica del espejo fue mecanizada mediante la técnica de torneado con diamante de un solo punto (SPDT). La precisión de la superficie óptica fue verificada por un interferómetro Zygo. La precisión RMS de la superficie del espejo fue de 0.041 (es la longitud de onda; = 632 nm). En la prueba de la influencia de la gravedad en la precisión de la forma superficial, el espejo fue volteado, lo que equivalía a el doble de la gravedad, y la RMS de la precisión de la forma superficial del espejo fue de 0.043, lo que cumplió con el requisito. Los resultados de verificación muestran que el espejo diseñado y fabricado mediante el método de optimización topológica basado en fabricación aditiva puede ser preparado por el proceso existente, y la maquinabilidad y las propiedades mecánicas pueden cumplir con los requisitos, lo que proporciona un método de desarrollo efectivo para mejorar el diseño estructural y optimizar la fabricación de reflectores espaciales.