3D-printen in de ruimte: igus lineaire assen produceren vervangonderdelen in de gewichtloosheid

De onderhoudsvrije drylin SAW-lineaire assen vormen het centrale element van de 3D-printer. Ze zorgen met instelbare lagers voor nauwkeurige printresultaten. (Bron: AMIS-FYT)

Bij een paraboolvlucht ontstaat er een microzwaartekracht, vergelijkbaar met de gewichtloosheid in de ruimte. Ideale omstandigheden om de 3D-printer te testen. (Bron: AMIS-FYT)

Wanneer uitleger voor zonnepanelen of satellietantennes in een draagraket naar de ruimte worden getransporteerd, worden ze blootgesteld aan hoge belastingen. Om het uitgebreide transport te vereenvoudigen en de productie van de elementen te versnellen, werkt het studententeam AIMIS-FYT aan een 3D-printproces. In de toekomst moeten zo structuuronderdelen direct in de ruimte kunnen worden vervaardigd. Voor experimentele tests in de zwaartekrachtloze omgeving bouwden de studenten een 3D-printer. Daarbij maakten ze in de aandrijftechniek – ondersteund door igus – gebruik van onderhoudsvrije en lichte drylin SAW-lineaire assen.

Het huidige proces om apparaten de ruimte in te transporteren is vrij inefficiënt en duur. De structuuronderdelen zijn vooral ontworpen om de hoge belastingen tijdens de lancering van een ruimtevaartuig te weerstaan. Voor de latere operationele duur zijn deze structuren echter overdimensioneerd. Vanwege de hoge kosten en de beperkte ruimte op een draagraket zijn alternatieve oplossingen nodig. Het Münchense studententeam AIMIS-FYT pakte het probleem aan en werkt binnen hun studie lucht- en ruimtevaarttechniek aan een 3D-printproces voor kosteneffectieve fabricage in de ruimte. Daartoe maken de studenten gebruik van fotoreactief hars en UV-licht, dat het hars uithardt. Voor experimentele tests van het proces in de zwaartekrachtloze omgeving moest een 3D-printer worden geconstrueerd en gebouwd. Op zoek naar de juiste aandrijftechniek benaderden de ingenieurs de motion plastics-specialist igus en werden zij voorzien van de drylin SAW-lineaire assen. De lineaire modules worden gebruikt in de twee z-as en in de x-as van de printer en vormen daarmee de centrale aandrijvingseenheid. De lineaire assen overtuigen vooral door hun lichte gewicht, omdat ze bestaan uit aluminium en onderhoudsvrije glijelementen van hoogwaardig kunststof. Om het speling van de smeermiddelvrije en vuilbestendige polymeren-lineaire geleiders te verminderen, maakten de aankomende ingenieurs gebruik van instelbare lagers. Om de filament ook te kunnen laten roteren, werd een compacte robolink D-draaibalk met wormwiel in de printer ingebouwd.

Succesvolle testronde onder echte omstandigheden

Om de printer en het proces te testen, meldde het team zich aan voor het FlyYourThesis!-programma van de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) en kreeg goedkeuring. In november en december 2020 vonden de paraboolvluchten plaats. Wanneer het vliegtuig het hoogtepunt van de klim bereikt en in de afdaling schiet, ontstaat er een microzwaartekracht, vergelijkbaar met de gewichtloosheid in de ruimte. Ideale omstandigheden voor een echte test van de printer. “De lineaire assen werkten bij alle experimenten steeds probleemloos, zodat we bij elke parabool een kleine staaf en ook kleine vakwerkstructuren konden printen,” zegt Torben Schäfer van het team AIMIS-FYT.

Young engineers support van igus bevordert innovatieve projecten

Projecten zoals AIMIS-FYT worden door igus ondersteund binnen het kader van de young engineers support (yes). Met deze universiteitsinitiatief wil igus scholieren, studenten en docenten ondersteunen met gratis monsters, universiteitskortingen en sponsoring, evenals bij de ontwikkeling van innovatieve projecten. Meer informatie over de universiteitsondersteuning vindt u op www.igus.de/yes.