波蘭 3D 打印機制造商 Zortrax 推出了其新型太空級 Z-PEEK 3D 打印長絲。

這種基于PEEK的材料是與航空航天部門合作開發(fā)的，具有令人印象深刻的耐輻射、耐高溫和耐磨性。據(jù)報道，Z-PEEK專為該公司的Endureal FDM 3D打印機設計，是 "地球上最堅固的聚合物之一"，其強度-重量比與不銹鋼相似。

全球各航天機構(gòu)已經(jīng)通過一系列熱真空測試和長期暴露測試，將這種材料用于太空任務，并應用于太空系統(tǒng)、機艙外飛機部件和其他高性能機械部件。

Zortrax公司的研發(fā)主管Micha? Siemaszko表示："引進Z-PEEK是與我們在太空行業(yè)的合作伙伴長期合作的結(jié)果。使用這種材料進行3D打印的能力對于任何愿意建造成本低廉、價格合理的航天器的企業(yè)以及尋求降低空間探索活動成本的大型航天機構(gòu)來說，都是一種游戲規(guī)則的改變。"

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

Z-PEEK 3D打印長絲

盡管Z-PEEK是為空間部件設計的，但其萬能的特性使其成為眾多高要求行業(yè)的最佳選擇。這種3D打印長絲的拉伸強度為100MPa，斷裂伸長率為28%，彎曲強度為130MPa。用戶還可以將Z-PEEK與Z-SUPPORT HT--該公司自己的斷裂支撐材料共同擠出。

PEEK具有抗輻射、抗極端溫度和抗長期磨損的能力。據(jù)Zortrax稱，這種材料可以在250°C和-100°C之間運行，在1600rpm下運行的PEEK-鋼齒輪對中，可以存活超過2200萬次循環(huán)。

Siemaszko補充說："Z-PEEK還可以在石油工業(yè)、航空航天、核能和眾多其他高科技領域找到應用。Z-PEEK具有出色的熱性能、抗輻射性和與不銹鋼相當?shù)膹姸?重量比，它重新定義了基于聚合物擠壓的3D打印機所能做到的界限。"

Z-PEEK的強度足以用于在重大負荷下高速運轉(zhuǎn)的齒輪。照片來自Zortrax。

用于太空領域的3D打印

由于缺乏大氣層，即使是最有彈性的工程材料，太空中的條件也是特別具有挑戰(zhàn)性的。航天器表面的部件暴露在140°C至-100°C的溫度下，這取決于它們是否面向太陽。此外，還有持續(xù)的輻射和原子氧轟擊的問題，如果沒有屏蔽措施，材料會迅速惡化。

為了測試PEEK材料的太空準備情況，日本航天局曾將該材料的樣品送往國際空間站，作為MPAC和SEED實驗的一部分。這些樣品暴露在沒有屏蔽的低地球軌道環(huán)境中超過46個月，沒有顯示出明顯的機械退化跡象。因此，PEEK已經(jīng)在今天的一些太空任務中被廣泛使用。

當然，Zortrax也想確定3D打印工藝是否會對材料的性能產(chǎn)生任何影響。該公司早在2020年10月就與歐洲航天局(ESA)合作，當時在Endureal系統(tǒng)上3D打印的Z-PEEK模型被送到了歐洲航天局在荷蘭的ESTEC設施。

歐空局對3D打印的部件進行了一系列熱真空測試，包括在-70°C和130°C之間進行500次溫度循環(huán)。據(jù)Zortrax稱，其材料 "以優(yōu)異的成績通過"，試驗后的CT掃描顯示沒有機械或結(jié)構(gòu)退化。

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

有了Z-PEEK這樣的材料，我們看到聚合物3D打印正在慢慢滲入太空領域。在金屬3D打印領域，奧地利研發(fā)公司RHP Technology最近3D打印了一套示范零件，可以構(gòu)成歐空局新的太空望遠鏡的 "眼睛"。這個被稱為高能天體物理學高級望遠鏡(Athena)的長程X射線望遠鏡是為了繪制熱宇宙氣體和黑洞而建造的。

在其他地方，推進系統(tǒng)制造商Aerojet Rocketdyne最近宣布，其RL10火箭發(fā)動機的升級版已經(jīng)成功地通過了美國國家航空航天局的一系列熱發(fā)射測試。在試驗中，該公司的新型RL10C-X上面級發(fā)動機采用了3D打印的噴油器和燃燒室，在空間模擬中展示了點火和長期耐久性。