3D-geprint component voor het verwijderen van 'niet coöperatief' ruimtepuin

• Wat was er nodig: twee NEMA 11 stappenmotoren, 3D-geprinte draadspilmoer van iglidur ® J260 tribofilament®, plastic glijfolie Tribo-Tape van iglidur® V400
• Productieproces: Extrusie van filamenten (FDM)
• Vereisten: Temperatuurbestendigheid & drukbestendigheid van de componenten, duurzaam en lichtgewicht ontwerp, betrouwbaar uitwerpmechanisme
• Materiaal: iglidur® J260
• Industrie: Ruimtevaartindustrie
• Succes door samenwerking: stappenmotor en draadspindel garanderen samen met de plastic glijfolie een betrouwbare uitwerping

De toepassing in één oogopslag:
Om ruimtepuin met succes te kunnen verzamelen, moeten er eerst testgegevens worden verzameld over de beweging van de onderdelen in de ruimte. Een team van zes studenten van de Universiteit van Bremen en Bremen University of Applied Sciences heeft een raketmodule ontwikkeld die sensoren en camera's gebruikt om de beweging en positie van objecten in de ruimte vast te leggen met behulp van een uitgeworpen testlichaam. Voor het uitwerpmechanisme werden twee parallelle schroefaandrijvingen gebruikt. De schroefaandrijvingen werden blootgesteld aan extreme belastingen, zoals temperaturen van +200 °C door luchtwrijving, en moesten betrouwbaar functioneren. Hier kwamen de componenten van igus® om de hoek kijken: De drylin® spindelaandrijvingen werden elk aangedreven door een NEMA 11 stappenmotor. De houder voor het testlichaam werd bevestigd aan een 3D-geprinte schroefmoer van het tribofilament® iglidur® J260-PF. Een plastic glijfolie werd gebruikt om ervoor te zorgen dat de testlichaam uit de houder gleed en van de raket weg bewoog.

In het UB-Space project werkten zes studenten aan het probleem van "verzamelen" en verwijderen van ruimtepuin. Om dit project te kunnen realiseren, had het team onder leiding van Maren Hülsmann echter voldoende testgegevens nodig over de beweging van objecten in de ruimte. Hiervoor wilden ze een kubusvormig testobject de thermosfeer in schieten en het observeren met camera's en sensoren om de nodige echte gegevens te verzamelen. Het team had betrouwbare materialen nodig voor de onderdelen van het uitwerpmechanisme waarmee het object uit de raket moest vallen. Deze moesten voldoen aan de speciale eisen met betrekking tot de ruimte, zoals beperkte installatieruimte en gewicht, evenals energieverbruik en goede weerstand tegen druk en temperatuur.

Met de materialen van igus® die geoptimaliseerd zijn voor glijdende toepassingen, vond het team al snel geschikte componenten voor het geplande uitwerpmechanisme. Dit bestond uit twee NEMA 11 stappenmotoren, die elk op hun beurt via een koppeling verbonden waren met een spindel met schroefdraad. Deze constructie werd op de wand van de raket gemonteerd met een 3D-geprinte schroefmoer van iglidur® J260-PF. Het loopvlak van de schietbaan was bekleed met Tribo-Tape gemaakt van iglidur® V400 zodat het testobject zonder wrijving kon worden uitgeworpen.

Niet alleen op aarde is er een groot afvalprobleem. Met meer dan 1.000 satellieten die in een baan om de blauwe planeet draaien, is er na tientallen jaren ruimtevaart ook veel afval in de ruimte. Er draaien nu meer dan 30.000 objecten rond de aarde, wat zeer gevaarlijk kan zijn voor actieve satellieten. Deze objecten kunnen snelheden tot 25.000 km/u bereiken en dus zeer destructieve energieën afgeven in geval van een botsing. Het doel van het UB-Space project is om het afval in de ruimte te verzamelen en op de juiste manier te verwijderen. Het zeskoppige interdisciplinaire team, bestaande uit studenten van de Universiteit van Bremen en de Bremer Hogeschool voor Toegepaste Wetenschappen, heeft zich tot taak gesteld om de beweging van deze zogenaamde "oncoöperatieve objecten" in de ruimte te analyseren om zo een geschikte afvalinzamelingscampagne mogelijk te maken. Hiertoe wordt een testlichaam dat in een raketmodule is geïnstalleerd losgelaten in de thermosfeer. De positie en beweging van de zogenaamde "Free Falling Unit" (FFU) wordt na het uitwerpen nauwkeurig geregistreerd door sensoren en een camerasysteem, waardoor een echte berekeningsbasis voor het team ontstaat.

Het UB-Space team ontwikkelde een speciaal mechanisme voor de raketmodule om deze FFU op het juiste moment betrouwbaar te kunnen uitwerpen. Het gebruik van het mechanisme in de ruimte verschilt echter aanzienlijk van normale missies op aarde. Volgens Oliver Dorn, student scheepsbouwtechnologie, zijn het energieverbruik, het gewicht en de installatieruimte beperkt. Bovendien zorgt de luchtwrijving voor temperaturen tot +200 °C. Na verschillende tests koos het team voor een aandrijfsysteem dat bestaat uit twee parallelle spindels met schroefdraad die de unit waarin de FFU zich bevindt, verlengen. Een vooraf gestraalde klep dient als opening voor de unit. De roestvrijstalen spindels uit het igus® drylin® programma worden elk aangedreven door een NEMA 11 stappenmotor. Ze leggen een afstand van 150 millimeter af met een hoog koppel en een lage snelheid van 3 cm/s. De andere kant van de constructie is op de raketwand gemonteerd met een 3D-geprinte loden schroefmoer van iglidur® J260-PF. Om de FFU zo soepel mogelijk uit te werpen, is de schietbaan bekleed met de Tribo-Tape plastic glijfolie gemaakt van iglidur® V400. De materialen van igus® zijn bij uitstek geschikt voor dit soort toepassingen, omdat hun optimale glij-eigenschappen een kantelvrije en energiezuinige uitwerping garanderen. Ze zijn ook bestand tegen druk en temperatuur en hebben een laag gewicht, wat doorslaggevend was voor de speciale structurele vereisten.

Naast het gebruikte iglidur J260-PF tribofilament biedt igus nog andere filamenten voor 3D printen. Zoals de naam al aangeeft, zijn de filamenten tribologisch geoptimaliseerd en geschikt voor elke toepassing waar wrijving en slijtage een probleem vormen. Juist bij dergelijke toepassingen profiteren klanten van een lange levensduur en een temperatuurbestendigheid tot 180 °C. Met het printproces kunnen ingewikkelde geometrieën in één enkele bewerking worden geproduceerd. Het additieve proces is bijzonder geschikt voor speciale onderdelen voor prototypes of kleine volumes. De productiekosten zijn lager en er is dus geen minimumhoeveelheid.