Componenti di stampa 3D per la rimozione di detriti spaziali "poco collaborativi"

• Cosa serviva: due NEMA11 motore passo-passo, madrevite stampata in 3D in iglidur® J260 tribofilament®, liner in polimeri tribo-tape  in iglidur® V400
• Metodo di produzione: estrusione dei filamenti (FDM)
• Requisiti: temperatura dei componenti e resistenza alla pressione; durabilità, design leggero, meccanismo di espulsione affidabile
• Materiale: iglidur J260
• Settore: aerospaziale e aviazione
• Successo per il cliente: i motori passo-passo, la vite e la lamina di scorrimento in plastica garantiscono un'espulsione affidabile 

L'applicazione in sintesi:
Per raccogliere efficacemente i detriti spaziali, è necessario registrare prima i dati sul movimento dello spazio. A questo scopo, un team di sei studenti dell'Università di Brema e dell'Università di Scienze Applicate di Brema ha sviluppato un modulo per razzi dotato di sensori e videocamere per registrare il movimento e la posizione degli oggetti nello spazio, utilizzando un corpo di prova. Per il meccanismo a espulsione del corpo di prova sono state utilizzati due azionamenti a vite in parallelo. Gli azionamenti a vite erano sottoposti a carichi estremi, come temperature di +200°C dovute all'attrito dell'aria, e dovevano garantire un funzionamento affidabile. Ed è qui che entrano in gioco i componenti igus: ogni azionamento a vite drylin era comandato da un motore passo-passo NEMA11. Il supporto per il corpo di prova era collegato a una madrevite realizzata con la stampa 3D nel tribofilamento iglidur J260-PF. La lamina di rivestimento in plastica serviva a garantire che il corpo di prova fuoriuscisse dal supporto e si distaccasse dal razzo.
 

Modulo a razzo dall'interno: gli attuatori lineari spingono il corpo di prova verso l'esterno tramite lo sportello.

Problema da risolvere

Nel progetto UB-Space, sei studenti hanno cercato di risolvere il problema della "raccolta" e dello smaltimento dei rifiuti spaziali. Per realizzare questo progetto, tuttavia, il team guidato da Maren Hülsmann aveva bisogno di sufficienti dati di prova sul movimento degli oggetti nello spazio. Per questo, l'obiettivo era far cadere un corpo di prova di forma cubica nella termosfera e osservarlo con telecamere e sensori per raccogliere i dati reali necessari. Il team necessitava quindi di materiali affidabili per i componenti del meccanismo di espulsione, deputati a far precipitare l'oggetto dal razzo. Era necessario soddisfare i requisiti speciali applicati in atmosfera spaziale, come lo spazio di installazione e il peso ridotti, nonché il consumo energetico e la buona resistenza alla pressione e alla temperatura.

Soluzione

Con i materiali igus ottimizzati per le applicazioni di scorrimento, il team ha individuato rapidamente i componenti adatti al meccanismo di espulsione programmato. Il sistema è composto da due motori passo-passo NEMA 11, ciascuno dei quali collegato tramite accoppiamento a una vite. La struttura era montata sulla parete di un razzo con una madrevite realizzata con stampa 3D in iglidur J260-PF. La superficie di scorrimento dello scivolo di espulsione era rivestita con un nastro tribo in iglidur V400, in modo da garantire l'espulsione dell'oggetto di prova senza attrito.
 
 

Protezione dell'ambiente spaziale

Il problema dello smaltimento dei rifiuti non esiste solo sulla terra. Con oltre 1000 satelliti in orbita attorno al pianeta, dopo decenni di viaggi nello spazio, il cosmo è invaso dai rifiuti. Oggi nell'orbita terrestre gravitano oltre 30.000 oggetti che possono rivelarsi molto pericolosi per i satelliti attivi. Gli oggetti possono raggiungere velocità fino a 25.000 km/h, rilasciando elevate energie distruttive in caso di collisione. Obiettivo del progetto UB-Space è raccogliere i rifiuti spaziali e smaltirli correttamente. Il team interdisciplinare composto da sei studenti dell'Università di Brema e dell'Università di Scienze Applicate di Brema si è posto l'obiettivo di analizzare il movimento di questi oggetti "poco collaborativi" nello spazio per consentire un'adeguata campagna di raccolta dei rifiuti. A questo scopo, un corpo di prova installato in un modulo razzo è stato rilasciato nella termosfera. La posizione e il movimento della cosiddetta "Free Falling Unit" (FFU) sono registrati in modo preciso tramite alcuni sensori e un sistema di telecamere, creando così una solida base di calcolo per il team.

Il modulo è stato lanciato nello spazio il 15 marzo 2017

I componenti igus hanno dimostrato la propria efficacia nello spazio

Per poterlo espellere in modo affidabile al momento giusto, il team UB-Space ha sviluppato un meccanismo speciale per il modulo razzo. Tuttavia, l'uso del meccanismo nello spazio si differenzia molto dal funzionamento terrestre. Secondo lo studente di ingegneria navale Oliver Dorn, il consumo energetico, il peso e lo spazio di installazione sono limitati. Inoltre l'attrito con l'aria provoca temperature fino a +200°C. Dopo diversi test, il team ha optato per un sistema di guida costituito da due viti utilizzate in parallelo per estendere l'unità di alloggiamento della FFU. L'apertura dell'unità consiste in un coperchio che viene precedentemente rimosso. Le viti in acciaio inox della gamma drylin sono azionate tramite un motore passo-passo NEMA 11. In questo modo, le viti permettono di coprire una distanza di 150 millimetri con una coppia elevata e velocità ridotta di 3 cm/s. Il lato opposto della struttura è collegato alla parete di un razzo con una madrevite stampata 3D in iglidur J260-PF. Per garantire il massimo grado di fluidità nell'espulsione dell'FFU, l'albero di espulsione è rivestito con plastica tribo-tape in iglidur V400. I materiali igus sono tarati appositamente per questa applicazione: la scorrevolezza ottimale assicura un'espulsione senza inclinazioni e a basso consumo energetico. Inoltre sono resistenti alla pressione, alla temperatura e si caratterizzano per il peso ridotto, decisivo per le particolari specifiche strutturali.

(Da sinistra) il consulente commerciale igus Florian Schindler, Amina Zaghdane, Maren Hülsmann e Lars Flemnitz

Stampa 3D per progetti di piccole e grandi dimensioni

Oltre al tribofilamento iglidur J260-PF, igus offre altri filamenti per la stampa 3D. Come suggerisce il nome, i filamenti sono tribologicamente ottimizzati e adatti a qualsiasi applicazione soggetta a requisiti di attrito e usura. È proprio in queste applicazioni che i clienti possono beneficiare di una lunga durata e di una resistenza alla temperatura fino a 180° C. Il processo di stampa consente di realizzare geometrie complicate in un'unica operazione. Il processo additivo è particolarmente indicato per i componenti speciali di prototipi o piccoli volumi. I costi di produzione sono inferiori. Pertanto non è richiesto un quantitativo minimo. 
 

iglidur J260-PF tribofilament®