Två robotarmar arbetar tillsammans som en del av ett projekt för att konstruera det som kommer att bli det största, mest komplexa objekt någonsin 3-D tryckt i titan:en testversion av den 3 m stora optiska bänken i hjärtat av ESA:s röntgenobservatorium i Athena.

Den första fleraxliga robotarmen bygger upp varje nytt metallskikt med en laser för att smälta titanpulver. Den andra robotarmen skär sedan omedelbart bort eventuella brister med ett kryogeniskt kyldt fräsverktyg. Själva bänken är placerad på en långsamt rörlig skivspelare med en diameter på 3,4 m.

"ESA har samarbetat med Tysklands Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology för denna undersökande verksamhet, "förklarar ESA material- och processingenjör Johannes Gumpinger." Den slutliga utformningen av Athenas optiska bänk återstår att bestämma, men om den kommer att byggas i titan är dess storlek och komplexitet sådan att den inte kan byggas på något annat sätt. "

På grund av lansering 2031, ESA:s Athena-uppdrag kommer att undersöka 10 till 100 gånger djupare i kosmos än tidigare röntgenuppdrag, att observera det hetaste, himlenergi med hög energi.

Uppdraget kräver helt ny röntgenoptik, med staplar av "spegelmoduler" ordnade noggrant för att fånga och fokusera högenergiröntgen.

Optikbänken justerar och säkrar cirka 750 spegelmoduler i en komplex struktur med många djupa fickor som smalnar ut till en maximal höjd av 30 cm. Dess övergripande form måste vara exakt ner till en skala på några tiotals mikrometer - eller tusendelar av en centimeter.

"Den optiska bänkens komplexitet kräver att varje tillägg fräs omedelbart efter utskrift, "kommenterar André Seidel, övervaka projektet vid Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology. "Varje senare ändring kan riskera att införa kontaminering, försvagar titan av rymdkvalitet.

"Liknande, hela processen har utformats för att minimera risken för kontaminering. Titanpulvret sveps in i lasern med hjälp av ädelgasargonet som också förhindrar kontaminering med luft. Och fräsverktyget hålls svalt med flytande koldioxid som avdunstar när det värms upp, förhindra skadlig avsättning på den nylagda metallytan. "

Precisionssensorer upptäcker omedelbart eventuella toleranselement för fräsning eller mer omfattande reparation - inklusive bortfräsning för omtryckning.

Mindre segment har tillverkats hittills, med en 1,5 m diameter demonstrator optisk bänk som följer. Den fullskaliga 3-metersbänken förväntas ta ungefär ett år att producera.

"Det kommer att bli en enorm uppgift, tar mycket tid och energi, "tillägger Johannes." Men om vi klarar det, det kommer att vara det största titanobjektet någonsin 3D-tryckt-och processen kommer att vara tillgänglig för att tillverka andra stora delar, eventuellt i andra metaller. "

Projektet stöds genom ESA:s teknikutvecklingselement som en del av byråns initiativ för avancerad tillverkning, utnyttja nya material och processer för rymdsektorn.

Förra månaden träffades mer än 150 experter från hela Europa vid ESA:s tekniska hjärta i Nederländerna för att dela de senaste resultaten från ESA Advanced Manufacturing-projekt som omfattar ämnen som 3D-tryckning och de senaste kompositmaterialen samt friktionsrörsvetsning.