3D-utskriftskomponent för hantering av ohanterligt rymdskrot

• Vad behövdes: två NEMA 11 stegmotorer, 3D-printad mutter av iglidur J260 tribofilament, glidfilm av plast Tribo-Tape av iglidur V400
• Tillverkningsprocess: Filamentsträngsprutning (FDM)
• Krav på komponenterna: Temperatur & tryckbeständighet hos komponenterna, hållbar och lätt design, tillförlitlig utskjutningsmekanism
• Material: iglidur J260
• Bransch: Flyg- och rymdindustrin
• Framgång genom samarbete: Stegmotorer och gängad spindel tillsammans med glidfilmen av plast garanterar tillförlitlig utmatning

Tillämpningen i korthet:
För att framgångsrikt kunna samla in rymdskrot måste testdata först samlas in om delarnas rörelse i rymden. För detta ändamål har ett team bestående av sex studenter från universitetet i Bremen och Bremen University of Applied Sciences utvecklat en raketmodul som använder sensorer och kameror för att registrera objektens rörelse och position i rymden med hjälp av ett utskjutet testobjekt. Två parallella skruvdrivningar användes för utskjutningsmekanismen. Skruvdrivningarna utsattes för extrema belastningar, t.ex. temperaturer på +200 °C på grund av luftfriktion, och måste fungera tillförlitligt. Det var här komponenterna från igus kom in i bilden: Drylin-skruvdrivningarna drevs var och en av en NEMA 11-stegmotor. Fästet för testkroppen fästes på en 3D-printad gängad mutter tillverkad av tribofilamentet iglidur J260-PF. En glidfilm av plast användes för att säkerställa att testkroppen gled ur hållaren och rörde sig bort från raketen.

I UB-Space-projektet arbetade sex studenter med problemet att "samla in" och göra sig av med rymdskrot. För att kunna genomföra detta projekt behövde dock teamet under ledning av Maren Hülsmann tillräckligt med testdata om hur föremål rör sig i rymden. För att göra detta ville de skjuta ut en kubformad testkropp i termosfären och observera den med kameror och sensorer för att samla in nödvändiga verkliga data. Teamet behövde tillförlitliga material för komponenterna i den utskjutningsmekanism med vilken föremålet skulle släppas från raketen. Dessa måste uppfylla de speciella krav som gäller för rymden, t.ex. begränsat installationsutrymme och vikt, samt energiförbrukning och god motståndskraft mot tryck och temperatur.

Med material från igus som är optimerade för glidande applikationer hittade teamet snabbt lämpliga komponenter för den planerade utskjutningsmekanismen. Den bestod av två NEMA 11-stegmotorer, som i sin tur var anslutna till en gängad spindel via en koppling. Denna konstruktion monterades på raketväggen med en 3D-printad mutter tillverkad av iglidur J260-PF. Utskjutningsrännans löpyta var klädd med Tribo-Tape tillverkad av iglidur V400 så att testobjektet kunde skjutas ut utan friktion.

Det är inte bara på jorden som det finns ett stort avfallsproblem. Med över 1.000 satelliter i omloppsbana runt den blå planeten finns det också mycket skräp i rymden efter årtionden av rymdresor. Det finns nu mer än 30.000 objekt i omloppsbana runt jorden, vilket kan vara mycket farligt för aktiva satelliter. Dessa objekt kan nå hastigheter på upp till 25.000 km/h och därmed frigöra mycket destruktiv energi vid en kollision. Syftet med UB-Space-projektet är att samla in avfallet i rymden och ta hand om det på rätt sätt. Det tvärvetenskapliga teamet med sex medlemmar, bestående av studenter från universitetet i Bremen och Bremen University of Applied Sciences, har tagit sig an uppgiften att analysera hur dessa så kallade "icke samarbetsvilliga objekt" rör sig i rymden för att möjliggöra en lämplig insamlingskampanj. För detta ändamål släpps en testkropp installerad i en raketmodul ut i termosfären. Positionen och rörelsen hos den s.k. "Free Falling Unit" (FFU) registreras exakt av sensorer och ett kamerasystem efter utskjutningen, vilket skapar en verklig beräkningsgrund för teamet.

UB-Space-teamet utvecklade en speciell mekanism för raketmodulen för att på ett tillförlitligt sätt kunna skjuta ut denna FFU vid rätt tidpunkt. Användningen av mekanismen i rymden skiljer sig dock avsevärt från normala uppdrag på jorden. Enligt Oliver Dorn, som studerar skeppsteknik, är energiförbrukning, vikt och installationsutrymme begränsade. Dessutom resulterar luftfriktionen i temperaturer på upp till +200 °C. Efter flera tester bestämde sig teamet för ett drivsystem bestående av två parallella gängade spindlar som förlänger den enhet där FFU:n är placerad. En klaff, som blästras bort i förväg, fungerar som öppning för enheten. Spindlarna i rostfritt stål från igus drylin-programmet drivs var och en av en NEMA 11 stegmotor. De täcker ett avstånd på 150 millimeter med ett högt vridmoment och en låg hastighet på 3 cm/s. Den motsatta sidan av konstruktionen är monterad på raketväggen med en 3D-printad mutter tillverkad av iglidur J260-PF. För att FFU:n ska kunna skjutas ut så smidigt som möjligt är utskjutningsrännan fodrad med Tribo-Tape plastglidfilm tillverkad av iglidur V400. Materialen från igus är idealiskt lämpade för just denna typ av applikation, eftersom deras optimala glidegenskaper säkerställer en lutningsfri och energieffektiv utmatning. De är också tryck- och temperaturtåliga och har låg vikt, vilket var avgörande för de speciella strukturella kraven.

Förutom det använda tribofilamentet iglidur J260-PF erbjuder igus även andra filament för 3D-utskrift. Som namnet antyder är filamenten tribologiskt optimerade och lämpar sig för alla tillämpningar som involverar friktion och slitage. Kunderna drar nytta av en lång livslängd och temperaturbeständighet på upp till 180 °C, särskilt i sådana applikationer. Samtidigt kan komplicerade geometrier tillverkas i ett enda steg tack vare tryckprocessen. Additivprocessen är särskilt lämplig för specialdelar för prototyper eller små serier, eftersom produktionskostnaderna är mer gynnsamma och därför lönar sig redan från en kvantitet på 1.