Wydrukowany w 3D element do usuwania „niewspółpracujących” śmieci kosmicznych

• Co było potrzebne: dwa silniki krokowe NEMA 11, wydrukowana w 3D nakrętka śruby pociągowej wykonana z igliduru ® J260 tribofilament®, plastikowa folia ślizgowa Tribo-Tape wykonana z igliduru® V400.
• Proces produkcji: Wytłaczanie filamentu (FDM)
• Wymagania: Odporność komponentów na temperaturę & ciśnienie, trwała i lekka konstrukcja, niezawodny mechanizm wyrzutowy
• Materiał: iglidur® J260
• Przemysł: Przemysł lotniczy
• Sukces dzięki współpracy: silnik krokowy i gwintowane wrzeciono wraz z plastikową folią ślizgową gwarantują niezawodny wyrzut.

Aplikacja w skrócie:
Aby móc skutecznie zbierać śmieci kosmiczne, należy najpierw zebrać dane testowe dotyczące ruchu części w przestrzeni kosmicznej. Zespół sześciu studentów z Uniwersytetu w Bremie i Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Bremie opracował moduł rakietowy, który wykorzystuje czujniki i kamery do rejestrowania ruchu i położenia obiektów w przestrzeni kosmicznej za pomocą wyrzucanego ciała testowego. W mechanizmie wyrzucania zastosowano dwa równoległe napędy śrubowe. Napędy śrubowe były narażone na ekstremalne obciążenia, takie jak temperatury +200 °C z powodu tarcia powietrza, i musiały działać niezawodnie. W tym miejscu do gry wkroczyły komponenty firmy igus®: Napędy wrzecion drylin® były napędzane silnikami krokowymi NEMA 11. Uchwyt korpusu testowego został przymocowany do wydrukowanej w 3D nakrętki śruby pociągowej wykonanej z trybofilamentu® iglidur® J260-PF. Plastikowa folia ślizgowa została użyta, aby zapewnić, że korpus testowy wyślizgnie się z uchwytu i odsunie od rakiety.

W ramach projektu UB-Space sześciu studentów pracowało nad problemem zbierania "" i utylizacji śmieci kosmicznych. Aby jednak zrealizować ten projekt, zespół kierowany przez Maren Hülsmann potrzebował wystarczających danych testowych dotyczących ruchu obiektów w przestrzeni kosmicznej. Aby to zrobić, chcieli wyrzucić obiekt testowy w kształcie sześcianu do termosfery i obserwować go za pomocą kamer i czujników w celu zebrania niezbędnych rzeczywistych danych. Zespół potrzebował niezawodnych materiałów na elementy mechanizmu wyrzutowego, za pomocą którego obiekt miał zostać zrzucony z rakiety. Musiały one spełniać specjalne wymagania związane z przestrzenią kosmiczną, takie jak ograniczona przestrzeń montażowa i waga, a także zużycie energii i dobra odporność na ciśnienie i temperaturę.

Dzięki materiałom firmy igus® zoptymalizowanym pod kątem zastosowań ślizgowych, zespół szybko znalazł odpowiednie komponenty dla planowanego mechanizmu wyrzutowego. Składał się on z dwóch silników krokowych NEMA 11, z których każdy był połączony z gwintowanym wrzecionem za pomocą sprzęgła. Konstrukcja ta została zamontowana na ścianie rakiety za pomocą wydrukowanej w 3D nakrętki śruby pociągowej wykonanej z igliduru® J260-PF. Powierzchnia bieżna rynny wyrzutowej została wyłożona taśmą Tribo-Tape wykonaną z igliduru® V400, dzięki czemu obiekt testowy mógł zostać wyrzucony bez tarcia.

Nie tylko na Ziemi istnieje poważny problem z odpadami. Przy ponad 1000 satelitów krążących wokół błękitnej planety, po dziesięcioleciach podróży kosmicznych w przestrzeni kosmicznej znajduje się również wiele śmieci. Wokół Ziemi krąży obecnie ponad 30 000 obiektów, które mogą być bardzo niebezpieczne dla aktywnych satelitów. Obiekty te mogą osiągać prędkość do 25 000 km/h, a tym samym uwalniać wysoce niszczycielską energię w przypadku kolizji. Celem projektu UB-Space jest zbieranie odpadów w przestrzeni kosmicznej i ich odpowiednia utylizacja. Sześcioosobowy interdyscyplinarny zespół składający się ze studentów Uniwersytetu w Bremie i Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Bremie postawił sobie za zadanie przeanalizowanie ruchu tych tak zwanych "obiektów niewspółpracujących" w przestrzeni kosmicznej, aby umożliwić odpowiednią kampanię zbierania odpadów. W tym celu ciało testowe zainstalowane w module rakietowym jest uwalniane do termosfery. Pozycja i ruch tak zwanego "Free Falling Unit" (FFU) są precyzyjnie rejestrowane przez czujniki i system kamer po wyrzuceniu, tworząc w ten sposób rzeczywistą podstawę obliczeniową dla zespołu.

Zespół UB-Space opracował specjalny mechanizm dla modułu rakietowego, aby móc niezawodnie wyrzucać FFU we właściwym czasie. Jednak wykorzystanie tego mechanizmu w kosmosie znacznie różni się od normalnych misji na Ziemi. Według studenta technologii okrętowej Olivera Dorna, zużycie energii, waga i przestrzeń montażowa są ograniczone. Ponadto tarcie powietrza powoduje temperatury do +200 °C. Po kilku testach zespół zdecydował się na system napędowy składający się z dwóch równoległych gwintowanych wrzecion, które przedłużają jednostkę, w której znajduje się FFU. Klapa, która jest wcześniej piaskowana, służy jako otwór dla jednostki. Wrzeciona ze stali nierdzewnej z programu igus® drylin® są napędzane silnikiem krokowym NEMA 11. Pokonują one dystans 150 milimetrów z wysokim momentem obrotowym i niską prędkością 3 cm/s. Przeciwległa strona konstrukcji jest zamontowana na ścianie rakiety za pomocą wydrukowanej w 3D nakrętki śruby pociągowej wykonanej z igliduru® J260-PF. Aby FFU mógł być wyrzucany tak płynnie, jak to możliwe, rynna wyrzutowa jest wyłożona plastikową folią ślizgową Tribo-Tape wykonaną z igliduru® V400. Materiały firmy igus® idealnie nadają się właśnie do tego typu zastosowań, ponieważ ich optymalne właściwości ślizgowe zapewniają wyrzut bez przechylania i energooszczędny. Są również odporne na ciśnienie i temperaturę oraz mają niską wagę, co było decydujące dla specjalnych wymagań konstrukcyjnych.

Oprócz zastosowanego tribofilamentu iglidur J260-PF, igus oferuje również inne filamenty do druku 3D. Jak sama nazwa wskazuje, filamenty są zoptymalizowane trybologicznie i nadają się do wszelkich zastosowań, w których tarcie i zużycie są istotne. To właśnie w takich zastosowaniach klienci korzystają z długiej żywotności i odporności na temperaturę do 180°C. Proces drukowania umożliwia wytwarzanie skomplikowanych geometrii w jednej operacji. Proces addytywny jest szczególnie dobrze dostosowany do specjalnych części do prototypów lub małych ilości. Koszty produkcji są niższe i dlatego nie ma minimalnej ilości.