波兰 3D 打印机制造商 Zortrax 推出了其新型太空级 Z-PEEK 3D 打印长丝。

这种基于PEEK的材料是与航空航天部门合作开发的，具有令人印象深刻的耐辐射、耐高温和耐磨性。据报道，Z-PEEK专为该公司的Endureal FDM 3D打印机设计，是 "地球上最坚固的聚合物之一"，其强度-重量比与不锈钢相似。

全球各航天机构已经通过一系列热真空测试和长期暴露测试，将这种材料用于太空任务，并应用于太空系统、机舱外飞机部件和其他高性能机械部件。

Zortrax公司的研发主管Micha? Siemaszko表示："引进Z-PEEK是与我们在太空行业的合作伙伴长期合作的结果。使用这种材料进行3D打印的能力对于任何愿意建造成本低廉、价格合理的航天器的企业以及寻求降低空间探索活动成本的大型航天机构来说，都是一种游戏规则的改变。"

Zortrax的Endureal系统，它用于3D打印Z-PEEK部件。照片来自Zortrax。

Z-PEEK 3D打印长丝

尽管Z-PEEK是为空间部件设计的，但其万能的特性使其成为众多高要求行业的最佳选择。这种3D打印长丝的拉伸强度为100MPa，断裂伸长率为28%，弯曲强度为130MPa。用户还可以将Z-PEEK与Z-SUPPORT HT--该公司自己的断裂支撑材料共同挤出。

PEEK具有抗辐射、抗极端温度和抗长期磨损的能力。据Zortrax称，这种材料可以在250°C和-100°C之间运行，在1600rpm下运行的PEEK-钢齿轮对中，可以存活超过2200万次循环。

Siemaszko补充说："Z-PEEK还可以在石油工业、航空航天、核能和众多其他高科技领域找到应用。Z-PEEK具有出色的热性能、抗辐射性和与不锈钢相当的强度-重量比，它重新定义了基于聚合物挤压的3D打印机所能做到的界限。"

Z-PEEK的强度足以用于在重大负荷下高速运转的齿轮。照片来自Zortrax。

用于太空领域的3D打印

由于缺乏大气层，即使是最有弹性的工程材料，太空中的条件也是特别具有挑战性的。航天器表面的部件暴露在140°C至-100°C的温度下，这取决于它们是否面向太阳。此外，还有持续的辐射和原子氧轰击的问题，如果没有屏蔽措施，材料会迅速恶化。

为了测试PEEK材料的太空准备情况，日本航天局曾将该材料的样品送往国际空间站，作为MPAC和SEED实验的一部分。这些样品暴露在没有屏蔽的低地球轨道环境中超过46个月，没有显示出明显的机械退化迹象。因此，PEEK已经在今天的一些太空任务中被广泛使用。

当然，Zortrax也想确定3D打印工艺是否会对材料的性能产生任何影响。该公司早在2020年10月就与欧洲航天局(ESA)合作，当时在Endureal系统上3D打印的Z-PEEK模型被送到了欧洲航天局在荷兰的ESTEC设施。

欧空局对3D打印的部件进行了一系列热真空测试，包括在-70°C和130°C之间进行500次温度循环。据Zortrax称，其材料 "以优异的成绩通过"，试验后的CT扫描显示没有机械或结构退化。

用Z-PEEK 3D打印的航天器万向节的抗辐射轴承环。照片来自Zortrax。

有了Z-PEEK这样的材料，我们看到聚合物3D打印正在慢慢渗入太空领域。在金属3D打印领域，奥地利研发公司RHP Technology最近3D打印了一套示范零件，可以构成欧空局新的太空望远镜的 "眼睛"。这个被称为高能天体物理学高级望远镜(Athena)的长程X射线望远镜是为了绘制热宇宙气体和黑洞而建造的。

在其他地方，推进系统制造商Aerojet Rocketdyne最近宣布，其RL10火箭发动机的升级版已经成功地通过了美国国家航空航天局的一系列热发射测试。在试验中，该公司的新型RL10C-X上面级发动机采用了3D打印的喷油器和燃烧室，在空间模拟中展示了点火和长期耐久性。