3D-utskriftskomponent för hantering av ohanterligt rymdskrot

• Vad behövdes: två NEMA 11-stegmotorer, 3D-printade muttrar av iglidur J260 tribofilament, plastglidfolie tribotejp av iglidur V400
• Tillverkningsmetod: filamentextrudering (FDM)
• Krav: temperatur- och tryckbeständiga komponenter, hållbar och lättviktig design, pålitlig utstötningsmekanism
• Material: iglidur J260
• Bransch: rymdindustrin
• Framgång genom samarbete: stegmotorer och gängspindel tillsammans med glidfilmen i plast garanterar pålitlig utmatning 

Kortfattad beskrivning av användningsområdet:
För att rymdskrot ska kunna samlas in ska först testdata om delarnas rörelser i rymden samlas in. Ett team bestående av sex studenter från Bremens universitet och Bremens högskola utvecklade därför en raketmodul som registrerar föremåls rörelser och positioner i rymden med hjälp av sensorer och kameror med hjälp av en testkropp som stöts ut. Två parallella gängspindlar användes för utstötningsmekanismen. Gängspindlarna utsattes för extrema belastningar såsom temperaturer på +200 °C genom luftfriktionen och måste fungera på ett tillförlitligt sätt. Det var här komponenterna från igus kom in i bilden: drylin gängspindlarna drevs av varsin NEMA 11-stegmotor. Hållaren för testkroppen fästes på en 3D-utskriven gängad mutter av tribofilamentet iglidur J260-PF. En glidfilm av plast användes för att säkerställa att testkroppen gled ur hållaren och rörde sig bort från raketen.
 

Raketmodulen inifrån: de linjära drivningarna skjuter ut testkroppen via luckan.

Problem

I projektet UB-Space arbetade sex studenter med problemet att ”samla in” och avfallshantera rymdskrot. För att genomföra detta projekt behövde dock teamet omkring Maren Hülsmann tillräckliga testdata för att fastställa föremålens rörelser i rymden. För att göra detta ville de kasta ut en kubisk testkropp i termosfären och observera den med kameror och sensorer för att samla in nödvändiga data där. Teamet behövde pålitligt material för komponenterna i utstötningsmekanismen som användes för att kasta ut föremålet från raketen. Dessa behövde uppfylla de specifika kraven på utrymme, såsom begränsat installationsutrymme och vikt, samt energiförbrukning och bra motståndskraft för tryck och temperatur.

Lösning

Bland igus material, som är optimerat för glidande tillämpningar, hittade teamet snabbt lämpliga komponenter för den planerade utstötningsmekanismen. Denna bestod av två NEMA 11-stegmotorer, som i sin tur var anslutna till en gängspindel via en koppling. Denna konstruktion monterades på raketväggen med en 3D-utskriven mutter av iglidur J260-PF. Utkastningsschaktets löpyta kläddes in med tribo-tape av iglidur V400 så att testobjektet kunde kastas ut utan friktion.

 

Miljöskydd i rymden

Problemet med sopor är inte begränsat till jorden. Med över 1 000 satelliter som kretsar kring den blå planeten efter decennier av rymdresor, finns det också mycket skrot i rymden. Man räknare med att det finns mer än 30 000 föremål i omloppsbana, vilket kan vara mycket farligt för aktiva satelliter. Dessa föremål kan nå upp till hastigheter på upp till 25 000 km/h och därigenom frigöra stora mängder destruktiv energi vid en kollision. Syftet med projektet UB-Space är att samla in skräpet i rymden och hantera det på ett lämpligt sätt. Det sex personer stora tvärvetenskapliga teamet, som består av studenter från Bremens universitet och högskola har föresatt sig att analysera rörelserna hos dessa så kallade "icke-samarbetsvilliga objekt” i rymden för att kunna samla in rymdskrot. För detta ändamål släpps en testkropp som är installerad i en raketmodul ut i termosfären. Denna så kallade ”Free Falling Units” (FFU) position och rörelse registreras exakt av sensorer och ett kamerasystem efter utstötning, vilket ger teamet ett konkret beräkningsunderlag.

Raketen med modulen startade sin resa i rymden den 15 mars 2017

igus-komponenter visar sin förmåga i rymden

För att kunna mata ut denna FFU på ett tillförlitligt sätt vid rätt tidpunkt, utvecklade UB-Space-teamet en speciell mekanism för raketmodulen. Användningen av mekanik i rymden skiljer sig väsentligt från normal användning på jorden. Enligt fartygsteknikstudenten Oliver Dorn är både energiförbrukning och vikt och installationsutrymme begränsade. Dessutom resulterar luftfriktionen i temperaturer upp till +200 ° C. Efter flera tester beslutade teamet sig för ett drivsystem bestående av två parallella gängspindlar som kör ut enheten där FFU finns. En lucka, som blåses av i förväg, fungerar som öppning för enheten. Spindlarna i rostfritt stål från igus drylin-serien drivs av vardera en NEMA 11-stegmotor. De rör sig en sträcka av 150 millimeter med högt vridmoment och en låg hastighet på 3 cm/s. Konstruktionens motsatta sida är monterad på raketväggen med en 3D-utskriven mutter av iglidur J260-PF. För att FFU ska kunna stötas ut så smidigt som möjligt, är utstötningsschaktet klätt med plastglidfolien Tribo-Tape av iglidur V400. Materialen från igus är idealiska för sådan användningsområden, eftersom deras optimala glidegenskaper garanterar lutningsfri och energieffektiv utstötning. Dessutom är de tryck- och temperaturbeständiga och har en låg vikt, vilket var avgörande för de speciella konstruktionskraven.

(från vänster) igus försäljningskonsulter Florian Schindler, Amina Zaghdane, Maren Hülsmann och Lars Flemnitz

3D-utskrift för små och stora projekt

Förutom det iglidur J260-PF tribofilament som används, erbjuder igus andra filament för 3D-utskrift. Som namnet antyder är filamenten tribologiskt optimerade och lämpar sig för alla tillämpningar som involverar friktion och slitage. Särskilt i sådana tillämpningar får kunderna fördelar i form av hög livslängd och temperaturbeständighet på upp till 180 °C. Tack vare utskriftsprocessen kan på samma gång komplexa geometrier tillverkas under en körning. Den additiva processen är särskilt lämplig för specialdelar för prototyper eller små serier, eftersom produktionskostnaderna är lägre och därför lönar sig från en mängd av 1. 
 

tribofilament iglidur J260-PF