Development of an Additively Manufactured Payload Mounting Solution for the HYPSO-2 6U CubeSat

Abstract

Hovedfokuset i denne oppgaven er på utviklingen av en additivt produsert monteringsløsning for HYPerspectral Smallsat for Ocean observation (HYPSO)-2 nyttelasten som en del av HYPSO prosjektet ved Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet (NTNU). Hovedformålet med arbeidet som presenteres er å evaluere muligheten for å bruke additiv produksjon i CubeSats og å se hvilke ytelsesøkninger innføringen av denne produksjonsteknologien kan gi prosjektet.

Under utviklingen av delen ble topologioptimalisering brukt for å utnytte designfriheten additiv produksjon tillater. Denne optimeringsprosessen startet med funksjonsintegrasjon hvor designrommet som skulle optimaliseres ble laget. Deretter ble topologioptimaliseringssimuleringene gjort for å generere konsepter med lavere og lavere masse. Til slutt ble konseptene simulert for å finne forbedringsområder for manuelle endringer.

Den resulterende delen fra denne optimaliseringsprosessen oppfylte kravene til de simulerte verdiene samtidig som det nye designet reduserte vekten med 81,5% sammenlignet med HYPSO-1-designet. Dette viser at additiv produksjon kan muliggjøre store ytelsesøkninger, spesielt når det gjelder massereduksjon, så lenge de tilknyttede risikoene håndteres. Siden massereduksjon er av stor betydning for satellitter, er denne produksjonsteknologien lovende i utviklingen av CubeSats.

The main focus of this thesis is on the development of an additively manufactured mounting solution for the HYPerspectral Smallsat for Ocean observation (HYPSO)-2 payload as a part of the HYPSO project at Norwegian University of Science and Technology (NTNU). The main purpose of the work presented is to evaluate the feasibility of using additive manufacturing in CubeSats and to see what performance increases the addition of this manufacturing technology can bring to the project.

When developing the part topology optimization was used to leverage the design freedom gained from additive manufacturing. This optimization process started with function integration where the design space to be optimized was created. Then, the topology optimization simulations were done to generate lower and lower mass concepts. This was followed by simulations of the generated concepts to find areas of improvement for manual changes.

The resulting part from this optimization process met the requirements for the simulated values while reducing the weight by 81.5% compared to the HYPSO-1 design. This shows that additive manufacturing can enable great performance increases, especially in terms of mass reduction, as long as the associated risks are managed. As mass reduction is of high importance for satellites this manufacturing technology therefore shows great promise in the development of CubeSats.