3D 打印元件用于太空碎片清除测试体

不仅在地球上存在严重的垃圾问题，在太空中亦是如此。如今有超过 1000 颗卫星环绕地球运行，经过数十年的太空探索，太空中已堆积了大量垃圾。目前，地球轨道上有超过 3 万个太空物体，这些物体对正常运行的卫星构成极大威胁。它们的运行速度最高可达 25000 千米 / 小时，一旦发生碰撞，会释放出极具破坏性的能量。UB-Space 项目的目标便是收集太空中的垃圾并对其进行妥善处置。由不来梅大学与不来梅应用科学大学学生组成的这支 6 人跨学科团队，给自己设定的任务是分析太空中这些所谓 “非合作目标”（指无法主动配合回收的太空碎片）的运动规律，为开展有效的太空垃圾收集行动奠定基础。为此，团队在火箭模块中安装了一个测试体，并将其释放到热层中。这个被称为 “自由下落单元”（FFU）的测试体，在弹射后其位置与运动状态会通过传感器和摄像系统被精准记录，为团队提供了真实的数据分析依据。

UB-Space 团队为火箭模块研发了一套特殊机构，以确保能在合适的时机可靠地弹射 FFU。但该机构在太空中的应用与在地球上的常规任务存在显著差异。船舶工程专业学生奥利弗・多恩（Oliver Dorn）表示，在太空环境中，能耗、重量与安装空间都受到严格限制，此外，空气摩擦还会导致温度升高至 200°C。经过多次测试，团队最终决定采用由两套平行丝杠组成的传动系统，通过丝杠的伸展来推送装载 FFU 的单元。弹射前会先炸开一个舱门，作为该单元的弹射出口。来自 igus® drylin® 系列的不锈钢丝杠均由 NEMA 11 步进电机驱动，丝杠在高扭矩、低转速（3 厘米 / 秒）的工况下，可实现 150 毫米的行程。该装置的另一侧通过采用 iglidur® J260-PF 材料 3D 打印的丝杠螺母固定在火箭舱壁上。为使 FFU 能尽可能平稳地完成弹射，弹射滑道内铺设了由 iglidur® V400 制成的 Tribo-Tape 塑料滑动薄膜。iglidur® 系列材料之所以非常适合这类应用，是因为其优异的滑动性能能确保弹射过程无倾斜且能耗低，同时还具备耐压、耐温特性，并且重量轻便，这些特点恰好满足了该特殊结构的设计需求。

除了所使用的 iglidur J260-PF 摩擦丝材外，igus 还提供其他适用于 3D 打印的丝材。顾名思义，这些丝材均经过摩擦学优化，适用于所有对摩擦和磨损有要求的应用场景。在这类应用中，客户能享受到产品带来的长使用寿命优势，其耐温性最高可达 180°C。3D 打印工艺可一次性制造出复杂的几何结构，这种增材制造工艺尤其适合用于生产原型件或小批量的特殊部件，不仅生产成本更低，而且没有最小订购量的限制。