NASA 技術研究員 Richard W Russell 討論了該機構如何開發出一種新方法來對使用增材制造技術生產的關鍵航天部件進行鑒定。

NASA 正在探索 3D 打印方法來建造一系列結構，包括 - 通過 LLAMA 項目 - 液體火箭發動機組件 - NASA

增材制造 (AM) 在太空應用中繼續變得越來越普遍。對于 NASA 計劃和商業航天部門來說都是如此。NASA 充分利用 AM 的優勢，包括減少成本、交貨時間和零件數量，以及新的設計和性能機會以及快速的設計故障修復周期。當然，這種快速發展的新技術也帶來了需要充分理解的獨特挑戰。

AM 零件已被用于 NASA 贊助的關鍵應用程序中。未來的太空探索，尤其是深空探索，將需要極高的可靠性。在過去的 30 多年中，載人航天飛行一直在低地球軌道 (LEO) 上運行。與 LEO 相比，需要提高深空可靠性的因素包括更長的零件壽命、有限的更換零件以及無法返回地球的避風港。

在 AM 中，NASA 具有雙重角色。首先是推動和促進增材制造技術研發，以支持廣泛的行業適應和產業化。美國宇航局的第二個角色是制定航天硬件認證協議，以安全地滿足任務目標。為了支持 2021 年 4 月的第二個角色，NASA 發布了 NASA-STD-6030，“航天系統的增材制造要求”。該標準對航空增材制造行業產生了直接影響。

NASA-STD-6030 從增材制造控制計劃 (AMCP) 的一般要求開始，該計劃與質量管理系統 (QMS) 一起構成了定義和指導工程和生產實踐的支柱。那么 NASA-STD-6030 的要求分為兩類。第一個是基礎過程控制，包括為可靠的零件設計和生產提供基礎的增材制造過程的要求。其中包括材料工藝、設備控制、人員培訓和材料資產開發的資格認證。第二類，零件生產控制，包括許多航空航天業務的典型要求，包括設計和評估控制、零件生產計劃 (PPP)、預生產物品流程和 AM 生產控制。

AM 計劃的關鍵方面的相互作用如圖 1 所示。在該圖的最左側，可以看到初始關鍵步驟之一，即建立合格材料流程 (QMP)。QMP 將使用對原材料進料的指定控制和對每臺增材制造機器的工藝能力評估來確保一致的工藝，所有這些都記錄在配置控制的 QMP 記錄中。QMP 使用來自機器鑒定的數據，由過程控制指標和 SPC 監控，所有這些都用于創建設計值。材料屬性套件 (MPS) 概念包括三個實體：材料屬性數據庫;該數據庫的一個子集，用于派生和實施過程控制參考分布 (PCRD)，它為見證測試評估提供 SPC 標準;以及為零件設計維護的一組材料允許值和設計值。集成簡單的 SPC 概念來監控過程并證實材料允許的完整性是 NASA-STD-6030 的一個獨特方面，鑒于 AM 的過程敏感特性，這是必要的。QMP 成為建立 MPS 的基礎，與 SPC 一起導致零件鑒定。然后可以建立合格零件流程，并且可以開始生產預生產物品和最終的飛行零件。QMP 成為建立 MPS 的基礎，與 SPC 一起導致零件鑒定。然后可以建立合格零件流程，并且可以開始生產預生產物品和最終的飛行零件。QMP 成為建立 MPS 的基礎，與 SPC 一起導致零件鑒定。然后可以建立合格零件流程，并且可以開始生產預生產物品和最終的飛行零件。

圖 1 – AM 認證管理原則

NASA 用于關鍵航天硬件鑒定的斷裂控制方法在很大程度上依賴于對硬件的設計、分析、測試、檢查和跟蹤的全面理解。增材制造技術的新進展迅速帶來了當前 NASA-STD-6030 框架未涵蓋的獨特挑戰。示例包括使用多個激光器、自適應技術和無法使用定量無損評估進行檢查的組件。為了適應，NASA 已經開始探索概率損傷容限方法 (PDTA) 的適應。這些方法包括開發計算模型、了解“缺陷的影響”以及實施現場監測和檢查技術。

對于計算建模，設計和硬件都需要證明它們滿足設計任務的所有要求。計算輔助資格和認證的機會必須集中于增強現有流程，而不是取代它們。此類工具將需要驗證和確認。

NASA 已經啟動了與了解缺陷影響相關的研究。這些缺陷可以分為兩類，固有缺陷和流氓(或過程逃逸)缺陷。這項工作將分三個階段完成：了解固有缺陷，使用過程控制來控制固有缺陷群體，以及了解惡意缺陷。將嘗試確定使用過程故障模式和影響分析 (P-FMEA) 來了解潛在惡意 AM 缺陷的特征和發生可能性的可行性。

最后，NASA 正在研究使用現場監測來進行過程控制和定量監測零件質量的實施情況。計劃于 2022 年 6 月下旬舉行一次研討會，該研討會的結果將在添加劑國際會議上公布和展示。