波蘭3D打印機(jī)制造商 Zortrax 推出了其新型太空級 Z-PEEK 3D打印耗材。與航空航天部門合作創(chuàng)建的基于 PEEK 的材料具有令人印象深刻的抗輻射、耐高溫和耐磨性。據(jù)報道，Z-PEEK 專為與該公司的 Endureal FDM 3D 打印機(jī)一起使用而設(shè)計，是“地球上最強(qiáng)的聚合物之一”，其強(qiáng)度與不銹鋼相似。各個全球航天機(jī)構(gòu)已經(jīng)通過一系列熱真空測試和長時間暴露測試將這種材料用于太空任務(wù)，并應(yīng)用于太空系統(tǒng)、艙外飛機(jī)部件和其他高性能機(jī)械部件。

Zortrax 研發(fā)主管 Micha? Siemaszko 表示：“Z-PEEK 的推出是我們與航天工業(yè)合作伙伴長期合作的結(jié)果。使用這種材料進(jìn)行 3D打印的能力對于任何愿意建造具有成本效益、負(fù)擔(dān)得起的航天器的企業(yè)以及尋求降低太空探索活動成本的大型航天機(jī)構(gòu)來說都是一種改變游戲規(guī)則的能力?！?/span>

Zortrax 的 Endureal 系統(tǒng)，用于 3D 打印 Z-PEEK 零件。照片來自 Zortrax。

Z-PEEK 3D 打印燈絲

盡管用于空間組件，但 Z-PEEK 的萬能特性使其成為眾多要求苛刻的行業(yè)的絕佳選擇。 3D打印線材的拉伸強(qiáng)度為100MPa，斷裂伸長率為28%，彎曲強(qiáng)度為130MPa。用戶還可以將 Z-PEEK 與公司自己的分離支撐材料 Z-SUPPORT HT 共擠。

PEEK 耐輻射、耐極端溫度和長期磨損。據(jù) Zortrax 稱，該材料可以在 250°C 至 -100°C 之間運行，并在以 1600 rpm 轉(zhuǎn)速運行的 PEEK 鋼齒輪副中承受超過 2200 萬次循環(huán)。

Siemaszko 補(bǔ)充說：“Z-PEEK 還可以在石油工業(yè)、航空航天、核能和許多其他高科技領(lǐng)域找到應(yīng)用。 Z-PEEK 具有出色的熱性能、抗輻射性和可與不銹鋼相媲美的強(qiáng)度重量比，重新定義了基于聚合物擠出的 3D 打印機(jī)可以做什么的界限?！?/span>

Z-PEEK 足夠堅固，可用于在顯著負(fù)載下高速運行的齒輪。照片來自 Zortrax。

航天領(lǐng)域的 3D打印

由于缺乏大氣，即使是最具彈性的工程材料，太空條件也可能特別具有挑戰(zhàn)性。航天器表面的部件暴露于 140°C 至 -100°C 的溫度范圍內(nèi)，具體取決于它們是否面向太陽。還有持續(xù)輻射和原子氧轟擊的問題，如果沒有適當(dāng)?shù)钠帘?，材料會迅速老化?/span>

為了測試 PEEK 的太空準(zhǔn)備情況，日本航天局此前已將材料樣本發(fā)送到國際空間站，作為 MPAC 和 SEED 實驗的一部分。樣品在沒有屏蔽的低地球軌道環(huán)境中暴露了超過 46 個月，并且沒有顯示出明顯的機(jī)械退化跡象。因此，PEEK 已經(jīng)在當(dāng)今的多項太空任務(wù)中得到廣泛使用。

當(dāng)然，Zortrax 還想確定 3D 打印過程是否會對材料的性能產(chǎn)生任何影響。早在 2020 年 10 月，該公司就與歐洲航天局 (ESA) 合作，當(dāng)時在 Endureal 系統(tǒng)上打印的 Z-PEEK 3D 模型被發(fā)送到 ESA 在荷蘭的 ESTEC 設(shè)施。ESA 對 3D 打印部件進(jìn)行了一系列熱真空測試，包括 -70°C 和 130°C 之間的 500 次溫度循環(huán)。根據(jù) Zortrax 的說法，它的材料“以優(yōu)異的成績通過”，實驗后的 CT 掃描顯示沒有機(jī)械或結(jié)構(gòu)退化。

用 Z-PEEK 3D 打印航天器萬向節(jié)的抗輻射軸承環(huán)。照片來自 Zortrax。

使用 Z-PEEK 等材料，我們看到聚合物 3D 打印慢慢滲透到太空領(lǐng)域。在金屬 3D 打印領(lǐng)域，奧地利研發(fā)公司 RHP Technology 最近 3D 打印了一組演示部件，這些部件可以構(gòu)成歐空局新型太空望遠(yuǎn)鏡的“眼睛”。被稱為高能天體物理學(xué)高級望遠(yuǎn)鏡 (Athena) 的遠(yuǎn)程 X 射線望遠(yuǎn)鏡正在建造，用于繪制熱宇宙氣體和黑洞的地圖。

在其他地方，推進(jìn)系統(tǒng)制造商 Aerojet Rocketdyne 最近宣布，其 RL10 火箭發(fā)動機(jī)的升級版已成功通過了 NASA 的一系列熱火測試。 在試驗期間，該公司的新型 RL10C-X 上級發(fā)動機(jī)具有 3D 打印噴射器和燃燒室，在空間模擬中展示了點火和長期耐用性。

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