Thành phần in 3D để loại bỏ các mảnh vỡ không gian "bất hợp tác"

• Những gì cần thiết: hai động cơ bước NEMA 11, đai ốc vít dẫn được in 3D làm bằng sợi tribofilament iglidur ® J260, màng trượt bằng nhựa Tribo-Tape làm bằng iglidur V400
• Quy trình sản xuất: Đùn sợi (FDM)
• Yêu cầu: Khả năng chịu nhiệt và áp suất của các thành phần, thiết kế bền và nhẹ, cơ chế đẩy ra đáng tin cậy
• Vật liệu: iglidur J260
• Ngành công nghiệp: Ngành hàng không vũ trụ
• Thành công thông qua sự hợp tác: động cơ bước và trục chính ren cùng với màng trượt nhựa đảm bảo đẩy ra đáng tin cậy

Tổng quan về ứng dụng:
Để có thể thu thập thành công các mảnh vỡ không gian, trước tiên phải thu thập dữ liệu thử nghiệm về chuyển động của các bộ phận trong không gian. Một nhóm gồm sáu sinh viên từ Đại học Bremen và Đại học Khoa học Ứng dụng Bremen đã phát triển một mô-đun tên lửa sử dụng các cảm biến và camera để ghi lại chuyển động và vị trí của các vật thể trong không gian bằng cách sử dụng một vật thể thử nghiệm bị đẩy ra. Hai bộ truyền động trục vít song song đã được sử dụng cho cơ chế đẩy ra. Các bộ truyền động trục vít phải chịu tải trọng cực lớn, chẳng hạn như nhiệt độ +200 °C do ma sát không khí và phải hoạt động đáng tin cậy. Đây là nơi các thành phần từ igus phát huy tác dụng: Mỗi bộ truyền động trục chính drylin® được dẫn động bởi một động cơ bước NEMA 11. Giá đỡ cho vật thể thử nghiệm được gắn vào một đai ốc vít dẫn được in 3D làm từ sợi tribofilament iglidur J260-PF. Một màng trượt bằng nhựa được sử dụng để đảm bảo vật thể thử nghiệm trượt ra khỏi giá đỡ và di chuyển ra xa tên lửa.

Trong dự án UB-Space, sáu sinh viên đã làm việc về vấn đề "thu thập" và xử lý rác vũ trụ. Tuy nhiên, để thực hiện dự án này, nhóm do Maren Hülsmann dẫn đầu cần có đủ dữ liệu thử nghiệm về chuyển động của các vật thể trong không gian. Để làm được điều này, họ muốn đẩy một vật thể thử nghiệm hình khối vào tầng nhiệt và quan sát nó bằng camera và cảm biến để thu thập dữ liệu thực cần thiết. Nhóm cần vật liệu đáng tin cậy cho các thành phần của cơ chế đẩy mà vật thể sẽ được thả từ tên lửa. Những vật liệu này phải đáp ứng các yêu cầu đặc biệt liên quan đến không gian, chẳng hạn như không gian lắp đặt và trọng lượng hạn chế, cũng như mức tiêu thụ năng lượng và khả năng chịu áp suất và nhiệt độ tốt.

Với vật liệu từ igus ® được tối ưu hóa cho các ứng dụng trượt, nhóm đã nhanh chóng tìm thấy các thành phần phù hợp cho cơ chế đẩy ra theo kế hoạch. Cơ chế này bao gồm hai động cơ bước NEMA 11, mỗi động cơ được kết nối với một trục chính có ren thông qua một khớp nối. Cấu trúc này được lắp trên thành tên lửa bằng đai ốc vít me in 3D làm bằng iglidur ® J260-PF. Bề mặt chạy của máng đẩy được lót bằng Tribo-Tape làm bằng iglidur ® V400 để có thể đẩy vật thể thử nghiệm ra mà không bị ma sát.

Không chỉ có Trái Đất mới có vấn đề rác thải lớn. Với hơn 1.000 vệ tinh quay quanh hành tinh xanh, cũng có rất nhiều rác thải trong không gian sau nhiều thập kỷ du hành vũ trụ. Hiện có hơn 30.000 vật thể quay quanh Trái Đất, điều này có thể rất nguy hiểm đối với các vệ tinh đang hoạt động. Những vật thể này có thể đạt tốc độ lên tới 25.000 km/h và do đó giải phóng năng lượng có sức hủy diệt cao trong trường hợp va chạm. Mục tiêu của dự án UB-Space là thu gom rác thải trong không gian và xử lý đúng cách. Nhóm liên ngành gồm sáu thành viên bao gồm các sinh viên từ Đại học Bremen và Đại học Khoa học Ứng dụng Bremen đã tự đặt ra nhiệm vụ phân tích chuyển động của những "vật thể không hợp tác" này trong không gian để có thể thực hiện chiến dịch thu gom rác thải phù hợp. Với mục đích này, một vật thể thử nghiệm được lắp trong mô-đun tên lửa được thả vào tầng nhiệt. Vị trí và chuyển động của cái gọi là "Đơn vị rơi tự do" (FFU) được các cảm biến và hệ thống camera ghi lại chính xác sau khi phóng ra, do đó tạo ra cơ sở tính toán thực tế cho nhóm.

Nhóm UB-Space đã phát triển một cơ chế đặc biệt cho mô-đun tên lửa để có thể đẩy FFU này ra một cách đáng tin cậy vào đúng thời điểm. Tuy nhiên, việc sử dụng cơ chế này trong không gian khác đáng kể so với các nhiệm vụ thông thường trên Trái đất. Theo sinh viên công nghệ tàu thủy Oliver Dorn, mức tiêu thụ năng lượng, trọng lượng và không gian lắp đặt đều bị hạn chế. Ngoài ra, ma sát không khí dẫn đến nhiệt độ lên tới +200 °C. Sau một số thử nghiệm, nhóm đã quyết định sử dụng hệ thống truyền động bao gồm hai trục chính ren song song mở rộng đơn vị mà FFU nằm trong đó. Một cánh, được thổi bay trước, đóng vai trò là lỗ mở cho đơn vị. Các trục chính bằng thép không gỉ từ chương trình igus ® drylin ® đều được dẫn động bởi động cơ bước NEMA 11. Chúng bao phủ khoảng cách 150 mm ở mô-men xoắn cao và tốc độ thấp 3 cm/giây. Mặt đối diện của kết cấu được lắp trên thành tên lửa bằng đai ốc vít me in 3D làm bằng iglidur ® J260-PF. Để FFU có thể được đẩy ra một cách trơn tru nhất có thể, máng đẩy được lót bằng màng trượt nhựa Tribo-Tape làm bằng iglidur ® V400. Các vật liệu từ igus ® hoàn toàn phù hợp cho loại ứng dụng này, vì các đặc tính trượt tối ưu của chúng đảm bảo đẩy ra không bị nghiêng và tiết kiệm năng lượng. Chúng cũng chịu được áp suất và nhiệt độ và có trọng lượng thấp, điều này rất quan trọng đối với các yêu cầu về cấu trúc đặc biệt.

Ngoài sợi tribofilament iglidur J260-PF được sử dụng, igus còn cung cấp các sợi khác để in 3D. Như tên gọi của chúng, các sợi này được tối ưu hóa về mặt tribology và phù hợp với bất kỳ ứng dụng nào mà ma sát và mài mòn là mối quan tâm. Chỉ trong những ứng dụng như vậy, khách hàng mới được hưởng lợi từ tuổi thọ dài và khả năng chịu nhiệt lên đến 180°C. Quy trình in cho phép sản xuất các hình dạng phức tạp trong một lần vận hành. Quy trình bồi đắp đặc biệt phù hợp với các bộ phận đặc biệt cho nguyên mẫu hoặc khối lượng nhỏ. Chi phí sản xuất thấp hơn và do đó không có số lượng tối thiểu.