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Componentes del VLT fabricados a través de impresión 3D
10 de Febrero de 2014
ESO empleó recientemente la innovadora tecnología de impresión 3D[1] con el fin de fabricar moldes para la producción de dos nuevos componentes para telescopios. Estos fueron creados para el instrumento MUSE, instalado en el Very Large Telescope (VLT) de ESO en Chile, y forman parte del proyecto que comprende el Sistema de Óptica Adaptativa. La técnica de impresión 3D resulta extremadamente prometedora en lo que respecta a la fabricación de complejos dispositivos personalizados, comúnmente necesarios en la instrumentación astronómica, entregando los componentes de forma más rápida y económica, y con una mayor flexibilidad.
El primer dispositivo, elaborado por la empresa alemana voxeljet AG, corresponde a la parte estructural de un nuevo brazo mecánico que permite la alimentación de sensores [2] y que fue instalado en el telescopio con el fin de funcionar en conjunto con el instrumento MUSE. Este cambio también fue necesario para adecuar el módulo de óptica adaptativa GALACSI que se instalará en 2015. El brazo es una estructura metálica utilizada para sostener tres espejos planos [3] que dirigen haces de luz hacia los sensores que controlan los sistemas de óptica activa del VLT, los que son empleados para guiar el telescopio durante las observaciones.
El componente fue creado usando una técnica conocida como moldeado por inversión, empleada tradicionalmente para fabricar componentes con formas extremadamente complejas, como los álabes de los motores de turbina de gas. Con este método, se genera un modelo en un software y sus propiedades mecánicas se analizan utilizando procedimientos industriales estándar. Una vez que se crea un modelo virtual adecuado, se imprime un patrón, en este caso específico utilizando polimetilmetacrilato, un tipo de termoplástico.
A continuación, se forma un molde a partir del patrón de plástico infiltrado con cera, proporcionando un negativo de la forma original. Luego, resulta necesario recubrir el patrón con una cerámica resistente al calor. Durante el proceso la cerámica se trata y endurece, el patrón que ha sido inyectado con la cera se funde dejando únicamente la nueva capa de cerámica y una matriz perfecta en la que se vierte el metal para la producción final.
El brazo anterior fue fabricado usando berilio, un metal ligero que cumplía con los requisitos para el dispositivo. Sin embargo, el berilio es altamente tóxico, y no puede ser manipulado por máquinas o modificado de forma segura una vez instalado el componente. Por esta razón, se seleccionó aluminio de alta calidad para su reemplazo.
El segundo componente, un espaciador para la cámara de prueba del VLT, fue fabricado por ACTech GmbH, otra empresa alemana especializada en técnicas de fundición de metal. Este componente fue elaborado en hierro fundido dúctil con un proceso de moldeado por inversión muy similar al empleado con el primer dispositivo, luego de obtener su patrón original a través de la técnica de sinterización por láser.
Notas
[1] La tecnología de impresión 3D es un proceso de fabricación por adición que promete reducir el tiempo de producción, minimizar los materiales de desecho y ahorrar dinero a las compañías. Los métodos de fabricación tradicionales, tales como el fresado y el torneado, se conocen como 'procesos de sustracción', ya que el material se elimina a partir de una pieza más grande hasta obtener la forma final. Estos pueden generar una gran cantidad de material de desecho en forma de virutas. Los procesos de adición evitan este desperdicio creando la forma mediante una superposición de capas que continua hasta obtener la pieza final. La impresión 3D, y más específicamente, la impresión 3D para moldeado permite obtener dimensiones internas complejas que de otra manera serían imposibles de lograr.
[2] La función del nuevo brazo mecánico es engañar al sistema de óptica activa del telescopio para que enfoque a 250 milímetros de la posición de enfoque original. Esto hace que el plano focal ahora se encuentre a 500 milímetros del soporte Nasmyth. Esta distancia adicional proporcionará el espacio necesario para instalar GALACSI, el módulo de óptica adaptativa de MUSE.
[3] Estos espejos fueron elaborados con HB-CESIC®. Este es un carburo de silicio reforzado con fibra de carbono, material que se caracteriza por su excepcional dureza, una muy alta rigidez específica y un bajo coeficiente de dilatación térmica. Los espejos fueron fabricados por las empresas ecm Engineered Ceramic Materials GmbH y Berliner Glas.
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