3D printkomponent til fjernelse af "besværligt" rumaffald

• Hvad var behovet: to NEMA11 stepmotorer, 3D printede møtrikker fremstillet af iglidur® J260 tribofilament® tribo-tape plastforing fremstillet af iglidur® V400
• Produktionsmetode: Filamentekstrudering (FDM)
• Krav: Komponenttemperatur og trykmodstand; holdbart letvægtsdesign; pålidelig udstødningsmekanisme
• Materiale: iglidur J260
• Branche: Rumfart og luftfart
• Succes gennem samarbejde: stepmotorer, blyskrue og plastikforing garanterer pålidelig udstødning 

Applikationen på et øjeblik:
for at kunne indsamle rumaffald skal der først indsamles testdata på en del om rummets bevægelse. Hertil udviklede et team på seks studerende fra Universitet i Bremen og Bremen Universitet for anvendt videnskab et raketmodul, der benytter sensorer og kameraer til at registrere bevægelse og position af objekter i rummet ved hjælp af et udstødt testemne. To føringsskruedrev blev brugt parallelt til udstødningsmekanismen. Føringsskruedrevene blev udsat for ekstreme belastninger, som temperaturer på +200°C på grund af luftfriktion, og skulle fungere pålideligt. Det var her igus komponenterne kom i spil: Drylin føringsskruedrevene blev hver især drevet af en NEMA11 stepmotor. Holderen til testemnet blev fastgjort til en 3D printet føringsskruemøtrik fremstillet af iglidur J260-PF tribofilament. En plastforing blev brugt til at sikre, at testemnet glider ud af holderen og bevæger sig væk fra raketten.
 

Raketmodulet indefra: De lineære drev fører testlegemet ud over klappen.

Problem

I UB Space projektet arbejdede seks studerende på problemet med at "indsamle" rumaffald igen og bortskaffe det. For at kunne gennemføre dette projekt havde teamet under ledelse af Maren Hülsmann imidlertid brug for tilstrækkelige testdata om objekters bevægelse i rummet. For at gøre dette ønskede de at frigøre et terningformet testlegeme i termosfæren og observere det med kameraer og sensorer for at indsamle de rigtige data, de havde brug for. Teamet havde brug for pålidelige materialer til komponenterne i udstødningsmekanismen, der ville frigøre objektet fra raketten. Det skulle opfylde de særlige krav til plads, som begrænset installationsplads og vægt, samt energiforbrug og god modstandsdygtighed over for tryk og temperatur.

Løsning

Med materialer fra igus optimeret til glidende applikationer fandt teamet hurtigt egnede komponenter til den planlagte udstødningsmekanisme. Denne bestod af to NEMA 11 stepmotorer, som hver er forbundet med en kobling til en føringsskrue. Denne struktur blev monteret på raketvæggen med en 3D printet møtrik af iglidur J260-PF. Løbefladen på udkastningsskakten var foret med tribo-tape af iglidur V400, så testobjektet kunne udstødes uden friktion.

 

Beskyttelse af rummiljøet

Det er ikke kun på jorden, at der findes et stort affaldsproblem. Med over 1.000 satellitter, der kredser om den blå planet, er der efter årtiers rumfart også en masse affald i rummet. Der er nu mere end 30.000 objekter i jordens kredsløb, der kan være meget farlige for aktive satellitter. Disse objekter kan nå hastigheder på op til 25.000 km/t og dermed frigive høje destruktive energier i tilfælde af en kollision. Målet med UB Space projektet er at indsamle affaldet i rummet og bortskaffe det korrekt. Det tværdisciplinære team på seks medlemmer bestående af studerende fra Universitetet i Bremen og Bremen Universitet for Anvendt Videnskab har sat sig til opgave at analysere bevægelsen af disse såkaldte "ikke-samarbejdende objekter" i rummet for at muliggøre en passende affaldsindsamlingskampagne . Til dette formål frigives et testlegeme installeret i et raketmodul i termosfæren. Placeringen og bevægelsen af den såkaldte "Free Falling Unit" (FFU) registreres præcist af sensorer og et kamerasystem efter udkastning og skaber dermed et reelt beregningsgrundlag for holdet.

Raketten med modulet blev lanceret i rummet den 15. marts 2017

igus komponenter beviser sig selv i rummet

For at kunne frigive det pålideligt på det rigtige tidspunkt udviklede UB Space teamet en særlig mekanisme til raketmodulet. Imidlertid er brugen af mekanik i rummet meget forskellig fra almindelige operationer på jorden. Ifølge marineingeniørstuderende Oliver Dorn er energiforbrug samt vægt og installationsplads begrænset. Derudover resulterer luftfriktion i temperaturer på op til +200 ° C. Efter flere tests besluttede teamet sig for et drivsystem bestående af to føringsskruer, der blev brugt parallelt til at forlænge den enhed, hvor FFU er placeret. Åbningen til enheden er en klap, der skydes af på forhånd. Føringsskruerne i rustfrit stål fra igus drylin serien drives hver af en NEMA 11 stepmotor. Herved dækker de en afstand på 150 millimeter ved et højt drejningsmoment og en lav hastighed på 3 cm/s. Den modsatte side af strukturen er fastgjort til raketvæggen med en 3D-printet møtrik af iglidur J260-PF. For at FFU kan frigives så gnidningsløst som muligt ud, er udstødningsakslen foret med tribo-tape plastforingen af iglidur V400. Materialerne fra igus er ideelle til netop dette, da deres optimale glideegenskaber sikrer plan og energieffektiv udslyngning. De er også modstandsdygtige over for tryk og temperatur og har en lav vægt, hvilket var afgørende for de særlige konstruktionskrav.

(Fra venstre) igus salgskonsulent Florian Schindler, Amina Zaghdane, Maren Hülsmann og Lars Flemnitz

3D print til små og store projekter

Ud over det anvendte iglidur® J260-PF tribofilament® tilbyder igus® andre filamenter til 3D print. Som navnet antyder, er filamenterne tribologisk optimeret og velegnede til enhver anvendelse, hvor friktion og slid er et problem. Det er i netop sådanne applikationer, at kunderne drager fordel af en lang levetid og temperaturbestandighed på op til 180 °C. Udskrivningsprocessen gør det muligt at producere komplicerede geometrier i en enkelt operation. Additivprocessen er særligt velegnet til specielle dele til prototyper eller små mængder. Produktionsomkostningerne er lavere, og der er derfor ingen minimumsmængde. 
 

iglidur J260-PF tribofilament®