Компонент системы, изготовленный методом 3D-печати, служит для удаления космического мусора

• Что потребовалось: два шаговых двигателя NEMA11, изготовленные на 3D-принтере гайки из трибоволокна iglidur J260, полимерный вкладыш, покрытий триболентой из материала iglidur V400
• Способ изготовления: экструзия волокон (FDM)
• Требования: устойчивость компонентов к изменению температуры и давления; прочная, легкая конструкция; надежный механизм выброса
• Материал: iglidur J260
• Отрасль: аэрокосмическая и авиация
• Успех благодаря сотрудничеству: шаговые двигатели, ходовой винт и полимерный вкладыш гарантируют надежный выброс 

Краткий обзор варианта применения:
Для того, чтобы успешно собрать космический мусор, сначала необходимо получить тестовые данные компонента при движении в космосе. Для этого группа из шести студентов из Бременского университета и Бременского университета прикладных наук разработала ракетный модуль, который имеет датчики и камеры для регистрации перемещения и расположения объектов в космосе по образцу катапультированного тестового тела. Для механизма катапультирования использованы установленные параллельно два привода ходового винта. Приводы ходовых винтов должны были иметь способность выдерживать экстремальные нагрузки, например, температуру + 200 °C, вследствие трения воздуха, в то же время функционировать четко и надежно. Именно здесь пришлись кстати компоненты производства igus: каждый привод ходового винта drylin приводился в действие шаговым двигателем NEMA11. Держатель для тестового тела крепился к гайке ходового винта, изготовленной на 3D-принтере из трибоволокна iglidur J260-PF. Полимерный вкладыш должен был обеспечивать скольжение тестового тела при отсоединении от держателя и отходе от ракеты.
 

Ракетный модуль изнутри: линейные приводы служат для выталкивания испытательного зонда через откидную крышку.

Проблема

В проекте UB-Space шесть студентов работали над решением проблемы «сбора» космического мусора и его утилизации. Однако для реализации этого проекта команде под руководством Марен Хюльсманн потребовалось провести многие опыты, для определения параметров движения объектов в космосе. Для этой цели они хотели сбросить тестовое тело в форме куба в термосферу и наблюдать за ним с помощью камер и датчиков, чтобы получить данные практического применения. Инженерам нужны были надежные материалы для компонентов механизма выброса, которые бы стали частью механизма катапультирования объекта с борта ракеты. К механизму предъявлялись особые требования по габаритам, на борту нет места громоздкому и тяжелому оборудованию, система также ориентирована на низкое энергопотребление и обладает хорошей устойчивостью к давлению и температуре.

Решение

Благодаря материалам igus с улучшенными свойствами скольжения команда быстро нашла подходящие компоненты для запланированного механизма выброса. Он состоял из двух шаговых двигателей NEMA 11, каждый из которых соединен муфтой с ходовым винтом. Эта конструкция была закреплена на стене ракеты с помощью гайки, изготовленной на 3D-принтере из материала iglidur J260-PF. Рабочая поверхность выталкивающего желоба покрыта триболентой из полимера iglidur V400, так что выбор испытуемого объекта происходил без трения.
 
 

Борьба с космическим мусором

Проблема с утилизацией отходов существует не только на Земле. На орбите вокруг голубой планеты вращается более чем 1000 спутников,за десятилетия космических полетов в ближнем космосе также скопилось много мусора. Сейчас на орбите Земли насчитывается более 30 000 объектов, которые могут представлять серьезную опасность для активных спутников. Указанные объекты способны развивать скорость до 25000 км/ч и, следовательно, создать высокую разрушительную энергию в случае столкновения. Цель проекта UB-Space - собрать мусор в космосе и правильно его утилизировать. Междисциплинарная группа в составе шести участников, состоящая из студентов Бременского университета и Бременского университета прикладных наук, поставила перед собой задачу проанализировать движение этих так называемых «лишних объектов» в космосе с целью реализовать соответствующую кампанию по сбору мусора. Для этого в термосферу сбрасывается тестовое тело, установленное в ракетном модуле. Положение и движение так называемой «единицы свободного падения» (FFU) предельно точно регистрируются датчиками и системой камер после катапультирования, формируя реальную базу данных для выполнения расчетов участниками эксперимента.

Ракета с модулем запущена в космос 15 марта 2017 г.

компоненты igus зарекомендовали себя в космосе

С целью надежного катапультирования тестового тела в нужный момент, команда UB-Space разработала специальный механизм для ракетного модуля. Однако, механизмы в космосе функционируют иначе, чем на Земле. По словам студента морского инженерного дела Оливера Дорна, количество потребляемой энергии, а также вес и пространство для монтажа ограничены. Кроме того, по причине трения температура может достигать + 200 ° C. После нескольких испытаний команда остановила выбор на системе привода, состоящей из двух ходовых винтов, работающих параллельно и расширяющих функционал блока, в котором расположен FFU. В монтажном отверстии установлена заслонка, предварительно выполняется продувка отверстия. Выполненные из нержавеющей стали ходовые винты из линейки продукции igus drylin приводится в действие шаговым двигателем NEMA 11. В процессе работы они преодолевают расстояние 150 миллиметров с учетов высокого крутящего момента и низкой скорости 3 см/с. Противоположная сторона конструкции крепится к стенке ракеты с помощью изготовленной из полимера iglidur J260-PF на 3D-принтере гайки. Для максимально плавного выхода FFU труба катапульты изнутри покрыта полимерной триболентой из материала iglidur V400. Материалы igus идеально подходят именно для таких целей, поскольку их улучшенные свойства скольжения обеспечивают выброс без наклона и с низким энергопотреблением. Они также устойчивы к давлению и температуре и имеют малый вес, что было критически важно в этом случае для конструкции механизма.

(Слева направо) консультант по продажам igus Флориан Шиндлер, Амина Загдане, Марен Хюльсманн и Ларс Флемниц

3D-печать для малых и больших проектов

В дополнение к названному выше трибоволокну iglidur J260-PF компания igus предлагает другие типы волокон для 3D-печати. Как следует из названия, улучшены трибологические свойства волокна, материалы пригодны для применения там, где трение и износ являются проблемой. Именно здесь заказчикам требуется обеспечить длительный срок службы и термостойкость до 180 °C. Процесс печати позволяет создавать сложные геометрические формы в течение одного цикла. Аддитивный процесс особенно хорошо подходит для изготовления специальных деталей для прототипов или небольших партий изделий. Затраты на производство ниже, поэтому нет требования минимального объема для заказа. 
 

iglidur J260-PF трибофиламент®