Componente de impresión 3D para la eliminación de la basura espacial

• Qué se necesitaba: Dos motores paso a paso NEMA11, tuercas impresas en 3D hechas de filamento triboptimizado iglidur J260, cinta de plástico tribo-tape hecha de iglidur V400
• Método de fabricación: Modelado por deposición fundida (FDM)
• Requisitos: Resistencia a la temperatura y la presión de los componentes, diseño duradero y ligero; mecanismo de expulsión fiable
• Material: iglidur J260
• Sector: Industria aeorespacial y aeronáutica
• Beneficios para el cliente: Los motores paso a paso, el husillo y el elemento de deslizamiento de plástico garantizan una expulsión fiable 

Breve descripción de la aplicación:
Para poder recoger con éxito la basura espacial, primero hay que recopilar datos de prueba sobre el movimiento de las piezas en el espacio. Para ello, un equipo de seis estudiantes de la Universidad de Bremen y de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Bremen desarrolló un módulo de cohete que utiliza sensores y cámaras para registrar el movimiento y la posición de los objetos en el espacio mediante un cuerpo de prueba eyectado. Para el mecanismo de expulsión se utilizaron dos sistemas de guiado lineal con husillo en paralelo. Los sistemas lineales con husillo estaban expuestos a cargas extremas, como temperaturas de 200 °C debido a la fricción del aire, y debían funcionar de forma fiable. Aquí es donde entraron en juego los componentes de igus: los sistemas con husillo drylin fueron alimentados cada uno por un motor paso a paso NEMA 11. El soporte para el objeto de prueba se fijó a una tuerca impresa en 3D hecha con el filamento optimizado iglidur J260-PF. Se utilizó una cinta de plástico Tribo-Tape para garantizar que el artefacto de prueba se deslizara fuera del soporte y se alejara del cohete.
 

El módulo para cohete visto desde el interior: los actuadores lineales expulsan el objeto de prueba a través de la trampilla.

Problema

En el marco del proyecto UB-Space, seis estudiantes abordaron el problema de la "recogida" y eliminación de la basura espacial. Sin embargo, para llevar a cabo este proyecto, el equipo dirigido por Maren Hülsmann necesitaba suficientes datos de prueba sobre el movimiento de los objetos en el espacio. Para ello, querían expulsar un objeto de prueba con forma de cubo a la termosfera y observarlo con cámaras y sensores para recoger los datos reales necesarios. El equipo necesitaba materiales fiables para las piezas del mecanismo de eyección con las que se iba a expulsar el objeto del cohete. Estos debían cumplir los requisitos especiales del espacio, como espacio y peso limitados, bajo consumo de energía y buena resistencia a la compresión y a la temperatura.

Solución

El equipo no tardó en encontrar componentes adecuados para el mecanismo de expulsión en la gama de materiales optimizados de igus para aplicaciones de deslizamiento. El mecanismo consta de dos motores paso a paso NEMA 11, cada uno de los cuales está conectado a un husillo mediante un acoplamiento. Esta construcción se montó en la pared del cohete con una tuerca impresa hecha de iglidur J260-PF. La superficie de paso del conducto de expulsión se cubrió con una cinta Tribo-Tape de iglidur V400 para que el objeto de prueba pudiera ser expulsado sin fricción.
 
 

Protección del entorno espacial

El gran problema de los residuos no se limita a la Tierra. Con más de 1.000 satélites orbitando el planeta azul, tras décadas de viajes espaciales también hay muchos desechos en el espacio. Actualmente hay más de 30.000 objetos en la órbita terrestre que pueden ser muy peligrosos para los satélites activos. Estos objetos pueden alcanzar velocidades de hasta 25.000 km/h y, por tanto, liberar altas energías destructivas en caso de colisión. El objetivo del proyecto UB-Space es recoger los residuos en el espacio y eliminarlos adecuadamente. El equipo interdisciplinar de seis miembros, formado por estudiantes de la Universidad de Bremen y de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Bremen, se ha propuesto analizar el movimiento de estos llamados «objetos no cooperativos» en el espacio para poder realizar una campaña de recogida de residuos adecuada. Para ello, se lanza a la termosfera un cuerpo de prueba instalado en un módulo de cohete. La posición y el movimiento de este «objeto en caída libre» (FFU) se registran con precisión mediante sensores y un sistema de cámaras después de la eyección, creando así una base real de cálculo para el equipo.

El cohete con el módulo lanzado al espacio el 15 de marzo de 2017

Los componentes de igus demuestran su valía en el espacio

Para poder expulsar este objeto en caída libre de forma fiable y en el momento adecuado, el equipo de UB-Space desarrolló un mecanismo especial para el módulo del cohete. Sin embargo, las condiciones en las que se utiliza la mecánica en el espacio son muy diferentes a las de la Tierra. El consumo de energía, el peso y el espacio de instalación son limitados, según Oliver Dorn, estudiante de tecnología marina. Además, la fricción del aire provoca temperaturas de hasta 200 °C. Tras varias pruebas, el equipo optó por un sistema de accionamiento consistente en dos husillos paralelos que prolongan la unidad en la que se encuentra el FFU. Una solapa previamente desprendida sirve para abrir el conjunto. Los husillos de acero inoxidable de la gama drylin de igus son accionados por un motor paso a paso NEMA 11. Al hacerlo, cubren una distancia de 150 mm a un par elevado y una velocidad baja de 3 cm/s. El otro lado de la construcción está montado en la pared del husillo con una tuerca impresa hecha de iglidur J260-PF. Para que la FFU pueda ser expulsada con la mayor facilidad posible, el conducto de expulsión está revestido con una cinta Tribo-Tape de iglidur V400. Los materiales de igus son ideales para este fin, ya que sus óptimas propiedades de deslizamiento garantizan una expulsión sin bloqueos y con ahorro de energía. También son resistentes a la compresión y a la temperatura y son ligeros, una ventaja decisiva para la construcción.

(De izquierda a derecha) Florian Schindler, asesor de ventas de igus, Amina Zaghdane, Maren Hülsmann y Lars Flemnitz

Impresión 3D para proyectos pequeños y grandes

Además del tribofilamento iglidur J260-PF utilizado, igus ofrece otros filamentos para la impresión 3D. Como su nombre indica, los filamentos están optimizados tribológicamente y son adecuados para cualquier aplicación en la que la fricción y el desgaste sean una preocupación. Precisamente en este tipo de aplicaciones, los clientes se benefician de una larga vida útil y de una resistencia a la temperatura de hasta 180 °C. El proceso de impresión permite producir geometrías complicadas en una sola operación. El proceso aditivo es especialmente adecuado para piezas especiales para prototipos o pequeños volúmenes. Los costes de producción son menores y, por tanto, no hay una cantidad mínima. 
 

Tribofilamento® iglidur J260-PF