波蘭 3D 打印機(jī)制造商 Zortrax 推出了其新型太空級(jí) 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(bào)道，Z-PEEK專為該公司的Endureal FDM 3D打印機(jī)設(shè)計(jì)，是 "地球上最堅(jiān)固的聚合物之一"，其強(qiáng)度-重量比與不銹鋼相似。
全球各航天機(jī)構(gòu)已經(jīng)通過一系列熱真空測(cè)試和長期暴露測(cè)試，將這種材料用于太空任務(wù)，并應(yīng)用于太空系統(tǒng)、機(jī)艙外飛機(jī)部件和其他高性能機(jī)械部件。
Zortrax公司的研發(fā)主管Micha? Siemaszko表示："引進(jìn)Z-PEEK是與我們?cè)谔招袠I(yè)的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(duì)于任何愿意建造成本低廉、價(jià)格合理的航天器的企業(yè)以及尋求降低空間探索活動(dòng)成本的大型航天機(jī)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(shè)計(jì)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(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(yùn)行，在1600rpm下運(yùn)行的PEEK-鋼齒輪對(duì)中，可以存活超過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、核能和眾多其他高科技領(lǐng)域找到應(yīng)用。Z-PEEK具有出色的熱性能、抗輻射性和與不銹鋼相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度-重量比，它重新定義了基于聚合物擠壓的3D打印機(jī)所能做到的界限。"
Z-PEEK的強(qiáng)度足以用于在重大負(fù)荷下高速運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪。照片來自Zortrax。
用于太空領(lǐng)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(huì)迅速惡化。
為了測(cè)試PEEK材料的太空準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)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(gè)月，沒有顯示出明顯的機(jī)械退化跡象。因此，PEEK已經(jīng)在今天的一些太空任務(wù)中被廣泛使用。
當(dāng)然，Zortrax也想確定3D打印工藝是否會(huì)對(duì)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(dāng)時(shí)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(shè)施。
歐空局對(duì)3D打印的部件進(jìn)行了一系列熱真空測(cè)試，包括在-70°C和130°C之間進(jìn)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(yàn)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(lǐng)域。在金屬3D打印領(lǐng)域，奧地利研發(fā)公司RHP Technology最近3D打印了一套示范零件，可以構(gòu)成歐空局新的太空望遠(yuǎn)鏡的 "眼睛"。這個(gè)被稱為高能天體物理學(xué)高級(jí)望遠(yuǎn)鏡(Athena)的長程X射線望遠(yuǎn)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(jìn)系統(tǒng)制造商Aerojet Rocketdyne最近宣布，其RL10火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)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(cè)試。在試驗(yàn)中，該公司的新型RL10C-X上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)采用了3D打印的噴油器和燃燒室，在空間模擬中展示了點(diǎn)火和長期耐久性。