3D printkomponent til fjernelse af "besværligt" rumaffald

• Hvad der var brug for: to NEMA 11 stepmotorer, 3D-printet skruemøtrik lavet af iglidur ® J260 tribofilament®, plastglidefilm Tribo-Tape lavet af iglidur® V400
• Fremstillingsproces: Filament-ekstrudering (FDM)
• Krav til: Temperatur & komponenternes trykbestandighed, holdbart og let design, pålidelig udstødningsmekanisme
• Materiale: iglidur® J260
• Branche: Luft- og rumfartsindustrien
• Succes gennem samarbejde: stepmotor og gevindspindel sammen med plastglideskinnen garanterer pålidelig udstødning

Et overblik over anvendelsen:
For at kunne indsamle rumaffald med succes skal der først indsamles testdata om delenes bevægelse i rummet. Et hold på seks studerende fra Bremen Universitet og Bremen University of Applied Sciences har udviklet et raketmodul, der bruger sensorer og kameraer til at registrere genstandes bevægelse og position i rummet ved hjælp af et udskudt testlegeme. To parallelle skruedrev blev brugt til udskydningsmekanismen. Skruedrevene blev udsat for ekstreme belastninger, f.eks. temperaturer på +200 °C på grund af luftfriktion, og skulle fungere pålideligt. Det var her, komponenterne fra igus® kom ind i billedet: Drylin® spindeldrev blev hver især drevet af en NEMA 11-trinmotor. Holderen til testlegemet blev fastgjort til en 3D-printet blyskruemøtrik lavet af tribofilament® iglidur® J260-PF. En glidefilm af plast blev brugt til at sikre, at testlegemet gled ud af holderen og bevægede sig væk fra raketten.

I UB-Space-projektet arbejdede seks studerende på problemet med at "indsamle" og bortskaffe rumaffald. For at kunne gennemføre dette projekt havde holdet under ledelse af Maren Hülsmann brug for tilstrækkelige testdata om genstandes bevægelse i rummet. Til det formål ville de skyde et terningformet testobjekt ud i termosfæren og observere det med kameraer og sensorer for at indsamle de nødvendige reelle data. Teamet havde brug for pålidelige materialer til komponenterne i den udstødningsmekanisme, som objektet skulle kastes ud med fra raketten. De skulle opfylde de særlige krav i forbindelse med rummet, såsom begrænset installationsplads og vægt, samt energiforbrug og god modstandsdygtighed over for tryk og temperatur.

Med materialerne fra igus®, der er optimeret til glidende applikationer, fandt teamet hurtigt egnede komponenter til den planlagte udstødningsmekanisme. Den bestod af to NEMA 11-trinmotorer, som hver især var forbundet med en gevindspindel via en kobling. Denne konstruktion blev monteret på raketvæggen med en 3D-printet skruemøtrik lavet af iglidur® J260-PF. Udskydningsskaktens løbeflade var beklædt med Tribo-Tape lavet af iglidur® V400, så testobjektet kunne skydes ud uden friktion.

Det er ikke kun på jorden, at der er et stort affaldsproblem. Med over 1.000 satellitter i kredsløb om den blå planet er der også meget affald i rummet efter årtiers rumrejser. Der er nu mere end 30.000 objekter i kredsløb om jorden, som kan være meget farlige for aktive satellitter. Disse objekter kan nå hastigheder på op til 25.000 km/t og dermed frigive meget ødelæggende energi i tilfælde af en kollision. Målet med UB-Space-projektet er at indsamle affaldet i rummet og bortskaffe det korrekt. Det seks mand store tværfaglige team bestående af studerende fra Bremen Universitet og Bremen University of Applied Sciences har sat sig for at analysere bevægelsen af disse såkaldte "usamarbejdsvillige objekter" i rummet for at muliggøre en passende affaldsindsamlingskampagne. Til det formål sendes et testlegeme, der er installeret i et raketmodul, ud i termosfæren. Positionen og bevægelsen af den såkaldte "Free Falling Unit" (FFU) registreres præcist af sensorer og et kamerasystem efter udsendelsen og skaber dermed et reelt beregningsgrundlag for teamet.

UB-Space-teamet udviklede en særlig mekanisme til raketmodulet for at kunne skyde denne FFU ud på det rigtige tidspunkt. Brugen af mekanismen i rummet adskiller sig dog markant fra normale missioner på Jorden. Ifølge Oliver Dorn, der studerer skibsteknologi, er energiforbruget, vægten og installationspladsen begrænset. Desuden resulterer luftfriktionen i temperaturer på op til +200 °C. Efter flere tests besluttede teamet sig for et drivsystem bestående af to parallelle gevindspindler, der forlænger den enhed, hvor FFU'en er placeret. En flap, som er blæst af på forhånd, fungerer som åbning til enheden. Spindlerne i rustfrit stål fra programmet igus® drylin® drives hver især af en NEMA 11-trinmotor. De tilbagelægger en afstand på 150 millimeter med et højt drejningsmoment og en lav hastighed på 3 cm/s. Den modsatte side af konstruktionen er monteret på raketvæggen med en 3D-printet blyskruemøtrik lavet af iglidur® J260-PF. For at FFU'en kan skydes ud så glat som muligt, er udskydningsskakten beklædt med Tribo-Tape plastglidefilm lavet af iglidur® V400. Materialerne fra igus® er ideelt egnet til netop denne type anvendelse, da deres optimale glideegenskaber sikrer en vippefri og energieffektiv udstødning. De er også modstandsdygtige over for tryk og temperatur og har en lav vægt, hvilket var afgørende for de særlige strukturelle krav.

Ud over det anvendte iglidur J260-PF tribofilament tilbyder igus andre filamenter til 3D-printning. Som navnet antyder, er filamenterne tribologisk optimerede og egnede til alle anvendelser, hvor friktion og slitage er et problem. Det er netop i sådanne anvendelser, at kunderne nyder godt af en lang levetid og temperaturbestandighed på op til 180 °C. Printprocessen gør det muligt at fremstille komplicerede geometrier i en enkelt arbejdsgang. Den additive proces er særligt velegnet til specialdele til prototyper eller små mængder. Produktionsomkostningerne er lavere, og der er derfor ingen minimumsmængde.