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 in 3D làm bằng iglidur J260 sợi in tribo J260, miếng lót giảm ma sát tribotape làm bằng iglidur V400
• Phương pháp sản xuất: nóng chảy lắng đọng (FDM)
• Các yêu cầu: nhiệt độ thành phần và khả năng chịu áp suất; bền, thiết kế nhẹ; cơ chế phóng đáng tin cậy
• Vật liệu:  iglidur J260
• Ngành: hàng không và vũ trụ
• Thành công nhờ sự hợp tác: động cơ bước, vít me và lớp lót bằng nhựa đảm bảo khả năng phóng ra đáng tin cậy

Tổng quan về ứng dụng:
để thu thập thành công các mảnh vỡ không gian, trước tiên phải thu thập dữ liệu thử nghiệm về chuyển động của không gian. Để làm được điều này, 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 cảm biến và camera để ghi lại chuyển động và vị trí của các vật thể trong không gian bằng cách sử dụng một cơ thể thử nghiệm được phóng ra. Hai truyền động vít me được sử dụng song song cho cơ cấu phóng. Các truyền động vít me chịu tải trọng cực cao, chẳng hạn như nhiệt độ +200°C do ma sát không khí và phải hoạt động đáng tin cậy. Đây là lúc các thành phần igus phát huy tác dụng: Mỗi bộ truyền động vít me drylin được dẫn động bởi một động cơ bước NEMA11. Giá đỡ cho phần thân thử nghiệm được gắn vào một đai ốc vít me in 3D được làm bằng sợi in tribo iglidur J260-PF. Một lớp lót bằng nhựa đã được sử dụng để đảm bảo rằng phần thân thử nghiệm trượt ra khỏi giá đỡ và di chuyển khỏi tên lửa.
 

Mô đun tên lửa từ bên trong: Các bộ truyền động tuyến tính đẩy phần thân thử nghiệm ra ngoài qua nắp.

Vấn đề

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

Giải pháp

Với các vật liệu từ igus được tối ưu hóa cho các ứng dụng trượt, nhóm nghiên cứu đã nhanh chóng tìm thấy các thành phần phù hợp cho cơ chế phóng theo kế hoạch. Điều này bao gồm hai động cơ bước NEMA 11, mỗi động cơ được kết nối bằng khớp nối với vít me. Cấu trúc này được gắn trên thành tên lửa bằng đai ốc in 3D làm bằng iglidur J260-PF. Bề mặt chạy của máng phóng được miếng lót giảm ma sát làm bằng iglidur V400 để đối tượng thử nghiệm có thể được đẩy ra mà không có ma sát.
 
 

Bảo vệ môi trường không gian

Không chỉ trên trái đất mới tồn tại một vấn đề lớn về chất thải. Với hơn 1.000 vệ tinh quay quanh hành tinh xanh, sau nhiều thập kỷ du hành vũ trụ, cũng có rất nhiều rác trong không gian. Hiện có hơn 30.000 vật thể trên quỹ đạo trái đất có thể rất nguy hiểm cho 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 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 sáu thành viên bao gồm các sinh viên từ Đại học Bremen và Đại học Khoa học Ứng dụng Bremen đã tự đặt cho mình nhiệm vụ phân tích chuyển động của những cái gọi là "vật thể bất hợp tác" này trong không gian để đưa ra chiến dịch thu gom rác thải phù hợp. . Với mục đích này, một phần thân thử nghiệm được lắp đặt trong mô đun tên lửa được thả vào khí quyển. Vị trí và chuyển động của cái gọi là "Đơn vị rơi tự do" (FFU) được ghi lại chính xác bằng cảm biến và hệ thống camera sau khi phóng ra, do đó tạo cơ sở thực tế để tính toán cho nhóm.

Tên lửa với mô đun được phóng vào không gian vào ngày 15 tháng 3 năm 2017

Các thành phần igus tự chứng minh trong không gian

Để có thể phóng nó ra một cách đáng tin cậy vào đúng thời điểm, nhóm UB-Space đã phát triển một cơ chế đặc biệt cho mô đun tên lửa. Tuy nhiên, việc sử dụng cơ học trong không gian rất khác so với các hoạt động thông thường trên trái đất. Theo sinh viên kỹ thuật hàng hải Oliver Dorn, mức tiêu thụ năng lượng cũng như trọng lượng và không gian lắp đặt bị hạn chế. Ngoài ra, ma sát với không khí dẫn đến nhiệt độ lên đến +200°C. Sau một số thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã quyết định chọn một hệ thống truyền động bao gồm hai vít me sử dụng song song để mở rộng thiết bị chứa FFU. Phần mở đầu cho thiết bị là một cánh đảo gió được thổi ra từ trước. Mỗi vít me bằng thép không gỉ từ dòng sản phẩm igus drylin được dẫn động bởi một động cơ bước NEMA 11. Khi làm như vậy, chúng bay được khoảng cách 150 mm với mô-men xoắn cao và tốc độ thấp 3 cm/s. Mặt đối diện của cấu trúc được gắn vào thành tên lửa bằng đai ốc in 3D làm bằng iglidur J260-PF. Để FFU có thể được đẩy ra một cách trơn tru nhất có thể, trục phóng được lót bằng lớp lót nhựa chống ma sát tribo làm bằng iglidur V400. Các vật liệu từ igus rất thích hợp cho việc sử dụng chính xác như vậy nhờ đặc tính trượt tối ưu của chúng đảm bảo việc phóng không 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 xây dựng đặc biệt.

(Từ trái sang) Cố vấn kinh doanh của igus Florian Schindler, Amina Zaghdane, Maren Hülsmann và Lars Flemnitz

In 3D cho các dự án lớn và nhỏ

Ngoài sợi in iglidur J260-PF được sử dụng, igus cung cấp các loại sợi in khác để in 3D. Như tên cho thấy, các sợi in được tối ưu hóa ma sát và phù hợp cho bất kỳ ứng dụng nào mà ma sát và mài mòn là mối quan tâm. Chỉ trong các ứng dụng như vậy, khách hàng được hưởng lợi từ tuổi thọ lâu dài và khả năng chịu nhiệt độ lên đến 180 ° C. Quy trình in cho phép tạo ra các hình học phức tạp chỉ trong một thao tác. Quá trình in 3D 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 cần số lượng tối thiểu. 
 

tribofilament® iglidur J260-PF