3D nyomtatott alkatrész a „nemkívánatos“ űrszemét eltávolítását végző alkalmazásban

• Amire szükség volt: két NEMA 11 léptetőmotor, 3D-nyomtatott vezérsiklóanya iglidurból ® J260 tribofilament®, műanyag csúszófólia Tribo-Tape iglidurból® V400.
• Gyártási folyamat: Szál extrudálás (FDM)
• Követelmények: Hőmérséklet & az alkatrészek nyomásállósága, tartós és könnyű kialakítás, megbízható kilövőmechanizmus.
• Anyag: iglidur® J260
• Iparág: Légiközlekedési ipar
• Együttműködéssel elért siker: a léptetőmotor és a menetes orsó a műanyag csúszófóliával együtt garantálja a megbízható kidobást.

Az alkalmazás egy pillantásra:
Az űrszemét sikeres összegyűjtéséhez először tesztadatokat kell gyűjteni az alkatrészek űrben történő mozgásáról. A Brémai Egyetem és a Brémai Alkalmazott Tudományok Egyetemének hat diákjából álló csapat olyan rakéta modult fejlesztett ki, amely érzékelők és kamerák segítségével rögzíti a tárgyak mozgását és helyzetét az űrben egy kilőtt próbatest segítségével. A kilövőmechanizmushoz két párhuzamos csavarhajtást használtak. A csigahajtások szélsőséges terheléseknek voltak kitéve, például a levegő súrlódása miatt +200 °C-os hőmérsékletnek, és megbízhatóan kellett működniük. Itt kerültek a képbe az igus® alkatrészei: A drylin® orsóhajtásokat egy-egy NEMA 11-es léptetőmotor hajtotta meg. A teszttest tartóját a® iglidur® J260-PF tribofilszálból készült, 3D nyomtatott vezérsodrony anyához rögzítették J260-PF. Egy műanyag csúszófóliát használtunk annak biztosítására, hogy a teszttest kicsússzon a tartóból és eltávolodjon a rakétától.

A UB-Space projektben hat diák dolgozott a "" összegyűjtésének és az űrszemét ártalmatlanításának problémáján. A projekt megvalósításához azonban a Maren Hülsmann által vezetett csapatnak elegendő vizsgálati adatra volt szüksége a tárgyak űrbeli mozgásáról. Ehhez egy kocka alakú tesztobjektumot akartak a termoszférába lökni, és azt kamerákkal és érzékelőkkel megfigyelni, hogy a szükséges valós adatokat összegyűjthessék. A csapatnak megbízható anyagokra volt szüksége a kilövőszerkezet alkatrészeinek, amelyekkel a tárgyat a rakétából le kellett dobni. Ezeknek meg kellett felelniük az űrrel kapcsolatos speciális követelményeknek, mint például a korlátozott beépítési hely és súly, valamint az energiafogyasztás és a jó nyomás- és hőmérséklet-ellenállás.

Az igus® csúszó alkalmazásokra optimalizált anyagai segítségével a csapat gyorsan megtalálta a tervezett kilökőmechanizmushoz szükséges alkatrészeket. Ez két NEMA 11-es léptetőmotorból állt, amelyek viszont egy-egy tengelykapcsolón keresztül egy-egy menetes orsóhoz csatlakoztak. Ezt a konstrukciót a rakéta falára egy iglidur® J260-PF anyagból készült, 3D nyomtatott ólomcsavaranyával szerelték fel. A kilövőernyő futófelületét iglidur® V400 iglidurból készült Tribo-Tape szalaggal bélelték ki, hogy a kísérleti tárgyat súrlódás nélkül lehessen kilökni.

Nemcsak a Földön van komoly hulladékprobléma. Mivel több mint 1000 műhold kering a kék bolygó körül, az űrutazás évtizedei után az űrben is rengeteg szemét van. Jelenleg több mint 30 000 objektum kering a Föld körül, ami nagyon veszélyes lehet az aktív műholdakra. Ezek az objektumok akár 25 000 km/h sebességet is elérhetnek, így ütközés esetén rendkívül pusztító energiákat szabadítanak fel. Az UB-Space projekt célja az űrben keletkező hulladék összegyűjtése és megfelelő ártalmatlanítása. A Brémai Egyetem és a Brémai Alkalmazott Tudományok Egyetemének hallgatóiból álló hattagú interdiszciplináris csapat azt a feladatot tűzte ki maga elé, hogy elemezze ezeknek az úgynevezett "nem együttműködő objektumoknak a mozgását" az űrben, hogy lehetővé tegye a megfelelő hulladékgyűjtési kampányt. Ehhez egy rakéta modulba szerelt teszttestet bocsátanak a termoszférába. Az ún. "Free Falling Unit" (FFU) helyzetét és mozgását a kilövést követően érzékelők és egy kamerarendszer pontosan rögzíti, így valós számítási alapot teremtve a csapat számára.

Az UB-Space csapata egy speciális mechanizmust fejlesztett ki a rakéta modulhoz, hogy a megfelelő időben megbízhatóan ki tudja lökni ezt az FFU-t. A mechanizmus űrbeli használata azonban jelentősen eltér a Földön szokásos küldetésektől. Oliver Dorn űrtechnológiai hallgató szerint az energiafogyasztás, a súly és a beépítési hely is korlátozott. Ráadásul a levegő súrlódása akár +200 °C-os hőmérsékletet is eredményezhet. Számos teszt után a csapat egy olyan meghajtórendszer mellett döntött, amely két párhuzamos menetes orsóból áll, amelyek meghosszabbítják az egységet, amelyben az FFU található. Az egység nyílásaként egy előzetesen lefúvott csappantyú szolgál. Az igus® drylin® program rozsdamentes acélból készült orsóit egy-egy NEMA 11-es léptetőmotor hajtja. Ezek 150 milliméteres távolságot tesznek meg nagy nyomatékkal és alacsony, 3 cm/s sebességgel. A szerkezet ellenkező oldala a rakéta falára egy iglidur® J260-PF 3D-nyomtatott ólomcsavaranyával van rögzítve. Annak érdekében, hogy az FFU a lehető legsimábban katapultálható legyen, a katapult ernyőt az iglidur® V400 műanyagból készült Tribo-Tape csúszófóliával bélelték ki. Az igus® anyagai kiválóan alkalmasak pontosan az ilyen típusú alkalmazásra, mivel optimális csúszási tulajdonságaik biztosítják a billenésmentes és energiatakarékos kidobást. Emellett ellenállnak a nyomásnak és a hőmérsékletnek, és kis tömegűek, ami döntő volt a különleges szerkezeti követelmények szempontjából.

A felhasznált iglidur J260-PF tribofilament mellett az igus más szálakat is kínál 3D nyomtatáshoz. Ahogy a neve is mutatja, a szálak tribológiailag optimalizáltak, és minden olyan alkalmazáshoz alkalmasak, ahol a súrlódás és a kopás problémát jelent. Éppen az ilyen alkalmazásokban az ügyfelek számára előnyös a hosszú élettartam és az akár 180°C-os hőmérséklet-állóság. A nyomtatási eljárás lehetővé teszi bonyolult geometriák egyetlen műveletben történő előállítását. Az additív eljárás különösen jól alkalmazható prototípusok vagy kis darabszámú, különleges alkatrészek készítéséhez. A gyártási költségek alacsonyabbak, és ezért nincs minimális mennyiség.