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

• Cosa serviva: due motori passo-passo NEMA 11, madrevite stampata in 3D in tribofilamento iglidur®J260, pellicola scorrevole in plastica Tribo-Tape in iglidur® V400
• Processo di produzione: estrusione di filamento (FDM)
• Requisiti: resistenza alla temperatura e alla pressione dei componenti, design durevole e leggero, meccanismo di espulsione affidabile
• Materiale: iglidur® J260
• Settore: industria aerospaziale
• Successo attraverso la cooperazione: motore passo-passo e mandrino filettato insieme alla pellicola scorrevole in plastica garantiscono un'espulsione affidabile L'applicazione in sintesi:

per poter raccogliere con successo detriti spaziali, è necessario prima raccogliere dati di prova sul movimento delle parti nello spazio. Un team di sei studenti dell'Università di Brema e dell'Università di scienze applicate di Brema ha sviluppato un modulo missilistico che utilizza sensori e telecamere per registrare il movimento e la posizione degli oggetti nello spazio utilizzando un corpo di prova espulso. Per il meccanismo di espulsione sono state utilizzate due viti parallele. Le viti di trasmissione erano esposte a carichi estremi, come temperature di +200 °C dovute all'attrito dell'aria, e dovevano funzionare in modo affidabile. È qui che sono entrati in gioco i componenti di igus®: le viti di trasmissione drylin® erano azionate ciascuna da un motore passo-passo NEMA 11. Il supporto per il corpo di prova era fissato a un dado per vite di comando stampato in 3D realizzato in tribofilamento® iglidur® J260-PF. È stata utilizzata una pellicola scorrevole in plastica per garantire che il corpo di prova scivolasse fuori dal supporto e si allontanasse dal razzo.

Nel progetto UB-Space, sei studenti hanno lavorato sul problema della "raccolta" e dello smaltimento dei detriti spaziali. Per realizzare questo progetto, tuttavia, il team guidato da Maren Hülsmann aveva bisogno di dati di prova sufficienti sul movimento degli oggetti nello spazio. Per fare ciò, volevano espellere un oggetto di prova a forma di cubo nella termosfera e osservarlo con telecamere e sensori per raccogliere i dati reali necessari. Il team aveva bisogno di materiali affidabili per i componenti del meccanismo di espulsione con cui l'oggetto doveva essere lasciato cadere dal razzo. Questi dovevano soddisfare i requisiti speciali relativi allo spazio, come spazio di installazione e peso limitati, nonché consumo di energia e buona resistenza alla pressione e alla temperatura.

Con i materiali di igus® ottimizzati per applicazioni scorrevoli, il team ha trovato rapidamente componenti adatti per il meccanismo di espulsione pianificato. Questo consisteva in due motori passo-passo NEMA 11, che a loro volta erano collegati a un mandrino filettato tramite un giunto. Questa costruzione è stata montata sulla parete del razzo con un dado a vite conduttrice stampato in 3D in iglidur® J260-PF. La superficie di scorrimento dello scivolo di espulsione è stata rivestita con Tribo-Tape in iglidur® V400 in modo che l'oggetto di prova potesse essere espulso senza attrito.

Non è solo sulla Terra che c'è un grosso problema di rifiuti. Con oltre 1.000 satelliti in orbita attorno al pianeta blu, anche nello spazio c'è molta spazzatura dopo decenni di viaggi spaziali. Ora ci sono più di 30.000 oggetti in orbita attorno alla Terra, il che può essere molto pericoloso per i satelliti attivi. Questi oggetti possono raggiungere velocità fino a 25.000 km/h e quindi rilasciare energie altamente distruttive in caso di collisione. L'obiettivo del progetto UB-Space è raccogliere i rifiuti nello spazio e smaltirli correttamente. Il team interdisciplinare di sei membri composto da studenti dell'Università di Brema e della Bremen University of Applied Sciences si è posto il compito di analizzare il movimento di questi cosiddetti "oggetti non collaborativi" nello spazio per consentire un'adeguata campagna di raccolta dei rifiuti. A questo scopo, un corpo di prova installato in un modulo di razzo viene rilasciato nella termosfera. La posizione e il movimento della cosiddetta "Free Falling Unit" (FFU) vengono registrati con precisione da sensori e da un sistema di telecamere dopo l'espulsione, creando così una vera e propria base di calcolo per il team.

Il team UB-Space ha sviluppato un meccanismo speciale per il modulo del razzo per poter espellere in modo affidabile questa FFU al momento giusto. Tuttavia, l'uso del meccanismo nello spazio differisce significativamente dalle normali missioni sulla Terra. Secondo lo studente di tecnologia navale Oliver Dorn, il consumo di energia, il peso e lo spazio di installazione sono tutti limitati. Inoltre, l'attrito dell'aria determina temperature fino a +200 °C. Dopo diversi test, il team ha deciso a favore di un sistema di azionamento costituito da due mandrini filettati paralleli che estendono l'unità in cui si trova la FFU. Un lembo, che viene fatto saltare via in precedenza, funge da apertura per l'unità. I mandrini in acciaio inossidabile del programma igus® drylin® sono azionati ciascuno da un motore passo-passo NEMA 11. Coprono una distanza di 150 millimetri con una coppia elevata e una bassa velocità di 3 cm/s. Il lato opposto della costruzione è montato sulla parete del razzo con un dado a vite conduttrice stampato in 3D in iglidur® J260-PF. Per far sì che l'FFU possa essere espulso nel modo più fluido possibile, lo scivolo di espulsione è rivestito con la pellicola scorrevole in plastica Tribo-Tape in iglidur® V400. I materiali di igus® sono ideali proprio per questo tipo di applicazione, poiché le loro proprietà di scorrimento ottimali garantiscono un'espulsione senza inclinazione e a risparmio energetico. Sono inoltre resistenti alla pressione e alla temperatura e hanno un peso ridotto, il che è stato decisivo per i requisiti strutturali speciali.

Oltre al tribofilamento iglidur J260-PF utilizzato, igus offre altri filamenti per la stampa 3D. Come suggerisce il nome, i filamenti sono ottimizzati tribologicamente e adatti a qualsiasi applicazione in cui attrito e usura siano un problema. È proprio in tali applicazioni che i clienti beneficiano di una lunga durata utile e di una resistenza alla temperatura fino a 180°C. Il processo di stampa consente di produrre geometrie complesse in un'unica operazione. Il processo additivo è particolarmente adatto a parti speciali per prototipi o piccoli volumi. I costi di produzione sono inferiori e non esiste quindi una quantità minima.