다루기 어려운 우주 폐기물의 제거를 위한 3D 프린팅 부품

• 필요한 것: NEMA 11 스테퍼 모터 2개, iglidur ® J260 트리보필라멘트®, 플라스틱 슬라이딩 필름 Tribo-Tape ® V400으로 제작된 3D 프린팅 리드 스크류 너트
• 제조 공정: 필라멘트 압출(FDM)
• 요구사항 온도 & 부품의 내압성, 내구성 및 경량 설계, 안정적인 배출 메커니즘
• 재질: iglidur® J260
• 산업: 항공 우주 산업
• 협력을 통한 성공: 스테퍼 모터와 나사산 스핀들이 플라스틱 슬라이딩 필름과 함께 안정적인 배출을 보장합니다.

애플리케이션 한눈에 보기:
우주 쓰레기를 성공적으로 수거하기 위해서는 먼저 우주에서 부품의 움직임에 대한 테스트 데이터를 수집해야 합니다. 브레멘 대학교와 브레멘 응용과학 대학교의 학생 6명으로 구성된 팀이 센서와 카메라를 사용하여 우주에서 물체의 움직임과 위치를 기록하는 로켓 모듈을 개발했습니다. 배출 메커니즘에는 두 개의 병렬 스크류 드라이브가 사용되었습니다. 스크류 드라이브는 공기 마찰로 인해 +200°C의 온도와 같은 극한의 하중에 노출되어 안정적으로 작동해야 했습니다. igus® 의 부품이 바로 여기에 사용되었습니다: 드라이린(® ) 스핀들 드라이브는 각각 NEMA 11 스테퍼 모터로 구동되었습니다. 테스트 바디용 홀더는 트리보필라멘트® iglidur® J260-PF로 만든 3D 프린팅 리드 스크류 너트에 부착되었습니다. 플라스틱 슬라이딩 필름을 사용하여 테스트 바디가 홀더에서 미끄러져 로켓에서 멀어지도록 했습니다.

UB-Space 프로젝트에서 6명의 학생은 "" 우주 쓰레기를 수집하고 처리하는 문제를 연구했습니다. 하지만 이 프로젝트를 실현하기 위해서는 우주에서 물체의 움직임에 대한 충분한 테스트 데이터가 필요했습니다. 이를 위해 연구팀은 큐브 형태의 테스트 물체를 열권으로 쏘아 올려 카메라와 센서로 관찰하여 필요한 실제 데이터를 수집하고자 했습니다. 연구팀은 물체를 로켓에서 떨어뜨릴 발사 메커니즘의 구성 요소에 신뢰할 수 있는 재료가 필요했습니다. 제한된 설치 공간과 무게, 에너지 소비량, 압력 및 온도에 대한 우수한 저항성 등 우주와 관련된 특수한 요구 사항을 충족해야 했습니다.

슬라이딩 어플리케이션에 최적화된 igus® 의 소재를 사용하여 팀은 계획된 배출 메커니즘에 적합한 부품을 신속하게 찾았습니다. 이는 두 개의 NEMA 11 스테퍼 모터로 구성되었으며, 각 모터는 커플링을 통해 나사산 스핀들에 차례로 연결되었습니다. 이 구조는 3D 프린팅으로 제작된 리드 스크류 너트(® J260-PF)로 로켓 벽에 장착되었습니다. 이젝션 슈트의 주행 표면에는 테스트 물체가 마찰 없이 이젝션될 수 있도록 iglidur® V400으로 제작된 Tribo-Tape가 라이닝되었습니다.

쓰레기 문제는 지구에만 심각한 문제가 있는 것이 아닙니다. 푸른 행성 지구 궤도를 돌고 있는 1,000개가 넘는 인공위성으로 인해 수십 년간의 우주 여행으로 인해 우주에도 많은 쓰레기가 쌓여 있습니다. 현재 지구 궤도를 돌고 있는 물체는 3만 개가 넘으며, 이는 활동 중인 인공위성에 매우 위험할 수 있습니다. 이러한 물체는 최대 25,000km/h의 속도에 도달할 수 있으므로 충돌 시 매우 파괴적인 에너지를 방출합니다. UB-Space 프로젝트의 목표는 우주에서 폐기물을 수거하여 적절히 처리하는 것입니다. 브레멘 대학교와 브레멘 응용과학 대학교 학생들로 구성된 6명의 학제 간 팀은 적절한 폐기물 수거 캠페인을 위해 우주에서 소위 "비협조적인 물체(" )의 움직임을 분석하는 임무를 맡았습니다. 이를 위해 로켓 모듈에 설치된 테스트 바디를 열권으로 쏘아 올렸습니다. 소위 "자유 낙하 장치" (FFU)의 위치와 움직임은 방출 후 센서와 카메라 시스템에 의해 정밀하게 기록되어 팀을 위한 실제 계산 기반을 만듭니다.

UB-Space 팀은 이 FFU를 적시에 안정적으로 배출할 수 있도록 로켓 모듈을 위한 특수 메커니즘을 개발했습니다. 그러나 우주에서의 메커니즘 사용은 지구에서의 일반적인 임무와는 크게 다릅니다. 우주선 기술 학생인 올리버 도른에 따르면 에너지 소비량, 무게, 설치 공간이 모두 제한되어 있다고 합니다. 게다가 공기 마찰로 인해 최대 +200°C의 온도가 발생합니다. 여러 번의 테스트 끝에 팀은 FFU가 위치한 유닛을 확장하는 두 개의 병렬 나사산 스핀들로 구성된 드라이브 시스템을 채택하기로 결정했습니다. 미리 블라스팅 처리된 플랩이 유닛의 개구부 역할을 합니다. igus® drylin® 프로그램의 스테인리스 스틸 스핀들은 각각 NEMA 11 스테퍼 모터로 구동됩니다. 높은 토크와 3cm/s의 저속으로 150밀리미터의 거리를 커버합니다. 구조의 반대쪽은 3D 프린팅으로 제작된 리드 스크류 너트(iglidur® J260-PF)로 로켓 벽에 장착됩니다. FFU가 최대한 원활하게 배출될 수 있도록 배출 슈트에는 iglidur® V400으로 제작된 Tribo-Tape 플라스틱 슬라이딩 필름이 라이닝되어 있습니다. igus® 의 소재는 최적의 슬라이딩 특성으로 기울어짐이 없고 에너지 효율적인 배출을 보장하기 때문에 이러한 유형의 애플리케이션에 이상적입니다. 또한 압력과 온도에 강하고 무게가 가벼워 특수한 구조적 요구 사항에 결정적인 역할을 했습니다.

igus는 iglidur J260-PF 트라이보 필라멘트 외에도 3D 프린팅을 위한 다른 필라멘트를 제공합니다. 이름에서 알 수 있듯이 이 필라멘트는 마찰학적으로 최적화되어 있으며 마찰과 마모가 우려되는 모든 응용 분야에 적합합니다. 이러한 응용 분야에서 고객은 긴 사용 수명과 최대 180°C의 온도 저항성의 이점을 누릴 수 있습니다. 프린팅 공정을 통해 복잡한 형상을 한 번의 작업으로 제작할 수 있습니다. 적층 공정은 특히 프로토타입이나 소량 생산의 특수 부품에 적합합니다. 생산 비용이 낮기 때문에 최소 수량이 필요하지 않습니다.