Polímeros con memoria de forma a base de poliuretanos termoplásticos para componentes ligeros de satélites
La impresión 4D simplifica la fabricación de componentes termosensibles
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La construcción ligera, el diseño compacto y el rendimiento funcional fiable son requisitos clave para los componentes utilizados en aplicaciones espaciales. En el marco del proyecto «fabricación aditiva de paneles solares para aplicaciones espaciales (AM-SPACE)», el Instituto Fraunhofer de Investigación Aplicada de Polímeros (IAP) ha desarrollado polímeros con memoria de forma (SMP) diseñados específicamente para la fabricación aditiva de componentes de satélites. Utilizando estos materiales, los investigadores fabricaron bisagras ligeras y activadas térmicamente para el despliegue de los paneles solares de los satélites. Con un peso aproximado de 1,4 gramos cada una, las bisagras son aproximadamente un 93 % más ligeras que las bisagras convencionales que se utilizan actualmente. El proyecto se llevó a cabo en colaboración con German Orbital Systems GmbH (GOS), Orion Additive Manufacturing GmbH y el Instituto Fraunhofer de Fiabilidad y Microintegración (IZM). El Fraunhofer IAP presentará estos avances en la feria Formnext de Fráncfort y en la Space Tech Expo Europe de Bremen en noviembre de 2026.
El polímero con memoria de forma facilita el despliegue controlado
Los polímeros con memoria de forma (SMP) son materiales inteligentes que conservan una forma temporal programada y recuperan su forma original al calentarse. El Fraunhofer IAP utiliza este efecto de memoria de forma unidireccional para permitir un movimiento controlado en los componentes impresos en 3D, reduciendo así la necesidad de sistemas de accionamiento mecánicos convencionales. Los investigadores transformaron los polímeros desarrollados en filamentos aptos para la fabricación aditiva y fabricaron bisagras funcionales y mecanismos de sujeción y liberación (HDRM). Durante el lanzamiento, los HDRM sujetan de forma segura los componentes del satélite y, posteriormente, los liberan de manera controlada una vez en órbita. Tras la liberación, las bisagras basadas en SMP permiten que los paneles solares se desplieguen mediante la recuperación de la forma activada térmicamente.
La impresión 3D permite la creación rápida de prototipos
La bisagra impresa en 3D pesa aproximadamente 1,4 gramos. Cuando se activa térmicamente mediante un elemento calefactor, el SMP experimenta un cambio de forma programado, lo que provoca que la bisagra se despliegue. En condiciones controladas de laboratorio, la bisagra completa su despliegue en 60 segundos al calentarse de 23 °C a 140 °C. El proceso de fabricación aditiva también permite la producción rápida de estos componentes funcionales. La impresión de una bisagra o de un HDRM dura aproximadamente 15 minutos, a lo que hay que añadir otros 30 minutos para programar la forma temporal deseada. Por consiguiente, cada uno de estos componentes puede fabricarse y programarse en menos de una hora, lo que pone de relieve el potencial para la creación rápida de prototipos y la adaptación flexible del diseño.
La impresión 4D simplifica la fabricación de componentes termosensibles
En el enfoque de impresión 4D utilizado aquí, la respuesta de cambio de forma se programa directamente en el componente durante su fabricación, en lugar de en un paso de posprocesamiento independiente. Este enfoque ha permitido el desarrollo de HDRM impresos en 4D que pueden fabricarse en tan solo cinco minutos. Al igual que sus homólogos impresos en 3D, estos mecanismos permiten la liberación controlada de componentes de satélite retenidos tras la activación térmica. «Con AM-SPACE, hemos demostrado cómo los polímeros con memoria de forma pueden abrir nuevas vías para el diseño de pequeños satélites. Estos componentes combinan una construcción ligera con funcionalidad integrada y la capacidad de sufrir cambios de forma controlados cuando se activan», afirma el Dr. Thorsten Pretsch, director de la división de investigación de Sistemas Poliméricos Funcionales del Fraunhofer IAP. «En el futuro, esto podría permitir que los sistemas de satélites se lanzaran en una configuración compacta y se desplegaran según fuera necesario una vez en órbita. Más allá de las bisagras y los mecanismos de sujeción y liberación, vemos potencial para otros componentes activables», añade Pretsch.
Validación inicial en condiciones de laboratorio
Las actividades iniciales de validación de las bisagras y los mecanismos de sujeción y liberación (HDRM) basados en SMP, incluidas las pruebas en condiciones de sala limpia, los ciclos térmicos y los experimentos preliminares en cámara de vacío, se han completado con éxito. Además, uno de los SMP desarrollados en el Fraunhofer IAP ha superado con éxito las pruebas de desgasificación realizadas en el Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial (INTA) de España, lo que respalda la evaluación de su idoneidad para posibles aplicaciones espaciales. Sin embargo, aún queda por demostrar el rendimiento y la fiabilidad a largo plazo de los componentes en condiciones espaciales reales.
Próximo paso: hacia la validación en órbita
Actualmente se están manteniendo conversaciones sobre un posible proyecto de seguimiento para avanzar en la tecnología con vistas a una demostración en órbita. German Orbital Systems, un fabricante de CubeSats con amplia experiencia y una trayectoria consolidada en el desarrollo y el despliegue de satélites, ha manifestado su interés en evaluar los componentes basados en SMP en condiciones espaciales reales.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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