Součást vyrobená 3D tiskem pro odstraňování „neužitečného“ kosmického smetí

• Co bylo zapotřebí: dva krokové motory NEMA11, matice vyrobené 3D tiskem z tribologického vlákna iglidur J260, plastová vložka vyrobená z tribologické pásky z materiálu iglidur V400
• Výrobní metoda: vytlačování vláken (FDM)
• Požadavky: teplotní a tlaková odolnost součástí; odolná, lehká konstrukce; spolehlivý vystřelovací mechanismus
• Materiál: iglidur J260
• Odvětví: letecký průmysl
• Výsledky úspěšné spolupráce: krokové motory, vodicí šroub a plastová vložka zajišťují spolehlivé vystřelování 

Přehled aplikace:
Aby bylo možné úspěšně sbírat kosmické smetí, je nutné nejprve získat zkušební data o pohybu dílů ve vesmíru. Za tímto účelem vyvinul tým šesti studentů z Univerzity Brémy a Brémské vyšší odborné školy aplikovaných věd raketový modul, který pomocí senzorů a kamer zaznamenává pohyb a polohu objektů ve vesmíru za použití vystřeleného zkušebního tělesa. Pro vystřelovací mechanismus byly paralelně použity dva pohony vodicích šroubů. Pohony vodicích šroubů byly vystaveny extrémním zatížením, jako jsou například teploty +200 °C v důsledku tření vzduchu, přičemž musely fungovat spolehlivě. A právě zde vstupují na scénu součásti společnosti igus: Pohony vodicích šroubů drylin byly poháněny krokovými motory NEMA 11. Držák zkušebního tělesa byl připevněn k matici vodicího šroubu vyrobené 3D tiskem z tribologického vlákna J260-PF. Dále byla použita plastová vložka, která měla zajistit, že zkušební těleso vyklouzne z držáku a bude se pohybovat směrem od rakety.
 

Raketový modul zevnitř: Lineární pohony posouvají zkušební těleso ven přes klapku.

Problém

V rámci projektu UB-Space pracovalo šest studentů na problému opětovného „shromažďování“ kosmického smetí a jeho likvidace. Aby však bylo možné tento projekt implementovat, potřeboval tým vedený Marenem Hülsmannem dostatečná zkušební data týkající se pohybu objektů ve vesmíru. K tomu bylo zapotřebí uvést do termosféry zkušební těleso krychlového tvaru a sledovat jej pomocí kamer a senzorů za účelem sběru reálných dat. Tým potřeboval spolehlivé materiály pro výrobu součástí vystřelovacího mechanismu, který by objekt vypustil z rakety. Objekt musel splňovat zvláštní požadavky prostředí v kosmu, jako jsou omezený instalační prostor a hmotnost, ale také spotřeba energie a dobrá odolnost vůči tlaku a různým teplotám.

Řešení

Díky materiálům společnosti igus, které jsou optimalizované pro kluzné aplikace, tým rychle nalezl vhodné součásti pro plánovaný vystřelovací mechanismus. Ten zahrnoval dva krokové motory NEMA 11, z nichž oba byly spojkou připojeny k vodicímu šroubu. Tato struktura byla přimontována ke stěně rakety pomocí matice vyrobené 3D tiskem z materiálu iglidur J260-PF. Povrch vystřelovacího žlabu byl pokryt tribologickou páskou vyrobenou z materiálu iglidur V400, díky čemuž bylo možné zkušební objekt vystřelit bez tření.
 
 

Ochrana vesmírného prostředí

Problém s odpadem se netýká jen planety Země Jelikož kolem modré planety krouží přes 1 000 satelitů, po několika desítkách let vesmírného výzkumu se spousta odpadu nachází již i v kosmu. Momentálně se na zemské oběžné dráze nachází přes 30 000 objektů, které mohou být pro aktivní satelity velmi nebezpečné. Tyto objekty mohou dosahovat rychlosti až 25 000 km/h, a tím pádem uvolnit vysoké množství destruktivní energie v případě kolize. Cílem projektu UB-Space je shromažďovat kosmický odpad a řádně jej zlikvidovat. Šestičlenný interdisciplinární tým tvořený studenty z Univerzity Brémy a Brémské vyšší odborné školy aplikovaných věd si dal za cíl analyzovat pohyb těchto takzvaných „nespolupracujících objektů“ ve vesmíru a zahájit kampaň za sběr tohoto odpadu. Za tímto účelem mělo být do termosféry vypuštěno zkušební těleso instalované v raketovém modulu. Poloha a pohyb takzvané „volně padající jednotky“ (Free Falling Unit, FFU) jsou po vystřelení přesně zaznamenávány senzory a kamerovým systémem, což týmu poskytuje reálný základ pro výpočty.

Raketa s modulem byla do vesmíru vystřelena 15. března 2017

Součásti igus prokazují své kvality i v kosmu

Aby bylo možné těleso spolehlivě vystřelit v pravý čas, vyvinul tým UB-Space pro raketový modul speciální mechanismus. Použití mechanických dílů v kosmu se však velmi liší od běžných podmínek na Zemi. Podle studenta oboru stavby lodí Olivera Dorna jsou spotřeba energie, ale také hmotnost a instalační prostor omezené. Tření vzduchu navíc znamená teploty až +200 °C. Po několika testech se tým rozhodl pro hnací systém tvořený dvěma vodicími šrouby použitými paralelně k prodloužení jednotky, v níž se nachází FFU. Otevírání jednotky zajišťuje klapka, která se předtím vypustí. Oba šrouby z nerezové oceli řady drylin společnosti igus jsou poháněny krokovým motorem NEMA 11. Díky tomu pokryjí vzdálenost 150 milimetrů při vysokém momentu a nízké rychlosti 3 cm/s. Protější strana struktury je připevněna ke stěně rakety pomocí matice vyrobené 3D tiskem z materiálu iglidur J260-PF. Aby bylo možné vystřelit FFU co nejhladčeji, je vystřelovací hřídel pokryta plastovou vložkou z tribologické pásky vyrobené z materiálu iglidur V400. Materiály společnosti igus jsou ideální přesně pro toto použití, jelikož jejich optimální kluzné vlastnosti zajišťují energeticky efektní vystřelení bez naklopení. Zároveň jsou odolné vůči tlaku a různým teplotám a vyznačují se nízkou hmotností, což bylo klíčové pro speciální konstrukční požadavky.

(Zleva) Prodejní konzultant společnosti igus Florian Schindler, Amina Zaghdane, Maren Hülsmann a Lars Flemnitz

3D tisk pro malé i velké projekty

Kromě použitého tribologického vlákna iglidur J260-PF nabízí společnost igus také další vlákna pro 3D tisk. Jak již napovídá jejich název, tato vlákna jsou tribologicky optimalizovaná a vhodná pro jakoukoli aplikaci, kde dochází ke tření a opotřebení. Zejména u těchto aplikací mohou zákazníci využít dlouhé životnosti a teplotní odolnosti až do 180 °C. Díky procesu tisku lze najednou vyrobit složité geometrie. Aditivní proces je mimořádně vhodný pro speciální díly ve výrobě prototypů nebo malých objemů. Výrobní náklady jsou nižší, takže se vyplatí i bez minimálního objednacího množství. 
 

Tribologické vlákno iglidur J260-PF