Composants imprimés pour l'élimination de débris spatiaux « non coopératifs »

• Ce qui a été nécessaire : deux moteurs pas à pas NEMA 11, un écrou imprimé en 3D en tribofilament iglidur J260, unfilm de glissement en plastique Tribo-Tape en iglidur V400.
• Procédé de fabrication : Extrusion de filaments (FDM)
• Exigences : Résistance à la température & Résistance à la pression des composants, conception durable et légère, mécanisme d'éjection
• fiable. Matériau : iglidur J260
• Secteur : industrie spatiale
• Le succès grâce à la collaboration : les moteurs pas à pas et la broche filetée garantissent, avec le film de glissement en plastique, une éjection fiable.

L'application en un coup d'œil :
Pour pouvoir collecter avec succès les débris spatiaux, il faut d'abord collecter des données de test sur le mouvement des pièces dans l'espace. Pour ce faire, une équipe de six étudiants de l'université de Brême et de l'école supérieure de Brême a développé un module de fusée qui enregistre, à l'aide de capteurs et de caméras, le mouvement et la position d'objets dans l'espace à l'aide d'un corps test éjecté. Pour le mécanisme d'éjection, deux vis sans fin ont été utilisées en parallèle. Les vis à billes étaient alors soumises à des contraintes extrêmes, comme des températures de +200 °C dues au frottement de l'air, et devaient fonctionner de manière fiable. C'est là que les composants d'igus ont été utilisés : les entraînements de vis drylin ont été entraînés chacun par un moteur pas à pas NEMA 11. Le support du corps d'essai était fixé à un écrou fileté imprimé en 3D en tribofilament iglidur J260-PF. Un film plastique glissant a été utilisé pour s'assurer que le corps d'essai glisse hors du support et s'éloigne de la fusée.

Dans le cadre du projet UB-Space, six étudiants ont travaillé sur le problème de la "récupération" et de l'élimination des débris spatiaux. Pour réaliser ce projet, l'équipe dirigée par Maren Hülsmann avait toutefois besoin de données de test suffisantes concernant le mouvement des objets dans l'espace. Pour ce faire, ils souhaitaient éjecter un corps d'essai cubique dans la thermosphère et l'observer à l'aide de caméras et de capteurs afin d'y collecter les données réelles nécessaires. L'équipe avait besoin de matériaux fiables pour les composants du mécanisme d'éjection avec lequel l'objet devait être éjecté de la fusée. Ceux-ci devaient répondre à des exigences particulières liées à l'espace, comme un espace et un poids limités, une consommation d'énergie et une bonne résistance à la pression et à la température.

Grâce aux matériaux d'igus optimisés pour les applications de glissement, l'équipe a rapidement trouvé les composants appropriés pour le mécanisme d'éjection prévu. Celui-ci se composait de deux moteurs pas à pas NEMA 11, eux-mêmes reliés chacun à une vis filetée par un accouplement. Cette construction était montée sur la paroi de la fusée à l'aide d'un écrou imprimé en 3D en iglidur J260-PF. La surface de roulement de la goulotte d'éjection a été revêtue de Tribo Tape en iglidur V400 afin que l'objet de test puisse être éjecté sans frottement.

Il n'y a pas que sur la Terre qu'il y a un gros problème de déchets. Avec plus de 1.000 satellites en orbite autour de la planète bleue, il y a aussi beaucoup de déchets dans l'espace après des décennies de vols spatiaux. On compte aujourd'hui plus de 30.000 objets en orbite autour de la Terre, qui peuvent être très dangereux pour les satellites actifs. Ces objets peuvent atteindre des vitesses allant jusqu'à 25.000 km/h et libérer ainsi une grande énergie destructrice en cas de collision. Récupérer les déchets dans l'espace et les éliminer raisonnablement, tel est l'objectif du projet UB-Space. L'équipe interdisciplinaire de six personnes, composée d'étudiants de l'université et de l'école supérieure de Brême, s'est donné pour mission d'analyser le mouvement de ces objets dits "non coopératifs" dans l'espace, afin de permettre une collecte appropriée des déchets. Pour ce faire, un corps test installé dans un module de fusée est libéré dans la thermosphère. Une fois éjecté, la position et le mouvement de cette unité dite "en chute libre" (FFU) sont enregistrés avec précision par des capteurs et un système de caméras, ce qui fournit une base de calcul réelle pour l'équipe.

Afin de pouvoir éjecter ces FFU de manière fiable et au bon moment, l'équipe UB-Space a développé un mécanisme spécial pour le module de la fusée. L'utilisation de cette mécanique dans l'espace est toutefois très différente des utilisations habituelles sur Terre. Selon Oliver Dorn, étudiant en technique navale, la consommation d'énergie, le poids et l'espace de construction sont limités. De plus, le frottement de l'air entraîne des températures pouvant atteindre +200 °C. Après plusieurs tests, l'équipe a opté pour un système d'entraînement composé de deux broches filetées insérées en parallèle, qui déploient l'unité dans laquelle se trouve le FFU. L'ouverture pour l'unité est une trappe qui a été préalablement dynamitée. Les broches en acier inoxydable de la gamme drylin d'igus sont entraînées chacune par un moteur pas à pas NEMA 11. Elles parcourent ainsi une distance de 150 millimètres avec un couple élevé et une faible vitesse de 3 cm/s. Le côté opposé de la construction est monté sur la paroi de la fusée avec un écrou imprimé en 3D en iglidur J260-PF. Pour que le FFU puisse être éjecté avec le moins de friction possible, la gaine d'éjection est revêtue d'un film plastique glissant Tribo-Tape en iglidur V400. Les matériaux d'igus sont justement parfaitement adaptés à une telle utilisation, car leurs propriétés de glissement optimales garantissent une éjection sans coincement et efficace sur le plan énergétique. En outre, ils résistent à la pression et à la température et sont légers, ce qui a été déterminant pour les exigences particulières en matière de construction.

Outre le tribofilament utilisé, l'iglidur J260-PF, igus propose d'autres filaments pour l'impression 3D. Comme leur nom l'indique, ces filaments sont optimisés sur le plan tribologique et conviennent à toutes les applications où le frottement et l'usure sont importants. C'est justement dans ce type d'applications que les clients profitent d'une longue durée de vie et d'une résistance à des températures allant jusqu'à 180 °C. Parallèlement, le procédé d'impression permet de fabriquer des géométries compliquées en une seule fois. Le procédé additif est particulièrement adapté aux pièces spéciales pour les prototypes ou les petites séries, car les coûts de production sont plus avantageux et sont donc rentables même à partir d'une seule pièce.