在航天領域，3D打印技術的應用前景廣闊，但同時也面臨著諸多挑戰(zhàn)。本文將深入探討航天3D打印部件所面臨的三大主要挑戰(zhàn)。

一、法規(guī)挑戰(zhàn)

航天工業(yè)是一個高度依賴法規(guī)的領域。對于應用于航天的3D打印技術來說，法規(guī)挑戰(zhàn)可能是最大的難題之一。盡管3D打印技術能夠制造出符合需求的形狀，但要說服工程機構和監(jiān)管者，使其相信這些部件適用于高風險任務且安全可靠卻并非易事。

3D Systems航空航天與國防業(yè)務副總裁Michael Shepherd指出，3D打印工藝的歷史數據較少，而技術又在快速演變，這使得監(jiān)管者對現有信息并不總是滿意。例如，在傳統(tǒng)的航天部件制造中，有一套成熟的法規(guī)和標準來確保部件的質量和性能。然而，對于3D打印部件，這些法規(guī)和標準還不夠完善，導致在審批過程中存在較大的不確定性。

二、測試難題

為解決監(jiān)管者對3D打印部件測試不足的擔憂，增加測試似乎是顯而易見的解決方案。但實際情況并非如此簡單。3D打印部件的一個顯著優(yōu)勢是其幾何復雜性，然而這在部件分析和無損檢測（NDT）方面卻成為一個重大挑戰(zhàn)。

Shepherd解釋說，在許多航天應用中，人們非常關注可能隱藏在部件內部的缺陷。通常會采用X射線、計算機斷層掃描、渦流檢測或滲透檢測等方法來尋找細微的表面裂紋。然而，3D打印部件的形狀復雜，可能不利于這些無損檢測技術的應用。此外，將多個部件整合成一個復雜結構的3D打印部件，進一步加劇了這一問題。

三、材料挑戰(zhàn)

過去十年，可用于增材制造的材料種類急劇增加，為航天工程師在設計3D打印部件時提供了更多選擇。然而，增材制造工藝本身可能會改變材料的行為方式，從而帶來新的挑戰(zhàn)。

Shepherd指出，即使材料在航空航天領域已經成熟，但3D打印工藝的不同可能會導致材料的微觀結構和性能發(fā)生變化。例如，使用激光粉末床熔融工藝打印的Ti-64合金，其微觀結構與傳統(tǒng)鍛造工藝生產的Ti-64合金有所不同。因此，即使化學成分相同，3D打印部件的機械性能和失效模式也可能不同。這就是為什么在增材制造應用中進行廣泛測試如此重要的原因，但正如前面提到的，這也為航天3D打印部件帶來了障礙。

展望

盡管航天3D打印部件面臨法規(guī)、測試和材料三大挑戰(zhàn)，但隨著時間的推移，這些問題有望得到緩解。隨著更多使用3D打印部件的航天任務的開展，像美國宇航局（NASA）、美國聯邦航空管理局（FAA）和歐洲航空安全局（EASA）等機構將積累更多數據來證明這些部件的可靠性。這不僅將降低3D打印部件需要跨越的法規(guī)障礙，還將為未來的測試和材料開發(fā)提供指導。增材制造技術在航天應用方面已經取得了長足進步，并且仍在朝著正確的方向前進。