用于天文镜面的 3D 打印
天体物理仪器与方法
2020-11-03 v1 光学
摘要
3D 打印，亦称增材制造，在实现光学质量以及减轻重量与降低成本方面为光学制造提供了新愿景。本文描述了在该制造工艺中使用此技术的两种不同方式。第一种方法将 3D 打印用于应力抛光的翘曲 harness 制造，我们将其应用于 WFIRST 日冕仪离轴抛物面的制造。第二种方法考虑了 3D 打印轻量化 X 射线镜面的概念验证，面向新一代 X 射线望远镜。应力抛光非常适用于制造日冕仪成像系外行星所需的高质量离轴抛物面。在此我们描述了一种新型翘曲 harness 设计，其仅用一个作动器即可产生像散与彗差。该想法是将 3D 打印融入翘曲 harness 的制造中。本文所述方法表明我们达到了镜面所需的严苛精度。此外，由 3D 打印制造的翘曲 harness 引入的误差不影响最终误差预算。关于概念验证项目，我们研究面向轻量化 X 射线镜面的 3D 打印。我们展示了采用立体光固化（SLA）与选择性激光烧结（SLS）以不同材料制造的测试样品的表面计量结果。样品的轻量化由一系列拱形结构组成。通过将 3D 打印与有限元分析拓扑优化相结合，我们可针对给定输入参数与外部边界条件模拟特定最优形状。下一组原型在设计时考虑了拓扑优化的计算结果。
引用
@article{arxiv.2011.01000,
title = {3D printing for astronomical mirrors},
author = {Melanie Roulet and Carolyn Atkins and Emmanuel Hugot and Sabri Lemared and Simona Lombardo and Marc Ferrari},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.01000},
year = {2020}
}