波蘭3D打印機制造商 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 打印機一起使用而設計，是“地球上最強的聚合物之一”，其強度與不銹鋼相似。各個全球航天機構已經(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，并應用于太空系統(tǒng)、艙外飛機部件和其他高性能機械部件。

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果。使用這種材料進行 3D打印的能力對于任何愿意建造具有成本效益、負擔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構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 轉速運行的 PEEK 鋼齒輪副中承受超過 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、核能和許多其他高科技領域找到應用。 Z-PEEK 具有出色的熱性能、抗輻射性和可與不銹鋼相媲美的強度重量比，重新定義了基于聚合物擠出的 3D 打印機可以做什么的界限。”

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

航天領域的 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?shù)钠帘?，材料會迅速老化?/span>

為了測試 PEEK 的太空準備情況，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械退化跡象。因此，PEEK 已經(jīng)在當今的多項太空任務中得到廣泛使用。

當然，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 設施。ESA 對 3D 打印部件進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 掃描顯示沒有機械或結構退化。

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 打印了一組演示部件，這些部件可以構成歐空局新型太空望遠鏡的“眼睛”。被稱為高能天體物理學高級望遠鏡 (Athena) 的遠程 X 射線望遠鏡正在建造，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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