在航天領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，但同時(shí)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(gè)高度依賴(lài)法規(guī)的領(lǐng)域。對(duì)于應(yīng)用于航天的3D打印技術(shù)來(lái)說(shuō)，法規(guī)挑戰(zhàn)可能是最大的難題之一。盡管3D打印技術(shù)能夠制造出符合需求的形狀，但要說(shuō)服工程機(jī)構(gòu)和監(jiān)管者，使其相信這些部件適用于高風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)且安全可靠卻并非易事。

3D Systems航空航天與國(guó)防業(yè)務(wù)副總裁Michael Shepherd指出，3D打印工藝的歷史數(shù)據(jù)較少，而技術(shù)又在快速演變，這使得監(jiān)管者對(duì)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)來(lái)確保部件的質(zhì)量和性能。然而，對(duì)于3D打印部件，這些法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善，導(dǎo)致在審批過(guò)程中存在較大的不確定性。

二、測(cè)試難題

為解決監(jiān)管者對(duì)3D打印部件測(cè)試不足的擔(dān)憂，增加測(cè)試似乎是顯而易見(jiàn)的解決方案。但實(shí)際情況并非如此簡(jiǎn)單。3D打印部件的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是其幾何復(fù)雜性，然而這在部件分析和無(wú)損檢測(cè)（NDT）方面卻成為一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

Shepherd解釋說(shuō)，在許多航天應(yīng)用中，人們非常關(guān)注可能隱藏在部件內(nèi)部的缺陷。通常會(huì)采用X射線、計(jì)算機(jī)斷層掃描、渦流檢測(cè)或滲透檢測(cè)等方法來(lái)尋找細(xì)微的表面裂紋。然而，3D打印部件的形狀復(fù)雜，可能不利于這些無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。此外，將多個(gè)部件整合成一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D打印部件，進(jìn)一步加劇了這一問(wèn)題。

三、材料挑戰(zhàn)

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

Shepherd指出，即使材料在航空航天領(lǐng)域已經(jīng)成熟，但3D打印工藝的不同可能會(huì)導(dǎo)致材料的微觀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)鍛造工藝生產(chǎn)的Ti-64合金有所不同。因此，即使化學(xué)成分相同，3D打印部件的機(jī)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(yīng)用中進(jìn)行廣泛測(cè)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(lái)了障礙。

展望

盡管航天3D打印部件面臨法規(guī)、測(cè)試和材料三大挑戰(zhàn)，但隨著時(shí)間的推移，這些問(wèn)題有望得到緩解。隨著更多使用3D打印部件的航天任務(wù)的開(kāi)展，像美國(guó)宇航局（NASA）、美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）和歐洲航空安全局（EASA）等機(jī)構(gòu)將積累更多數(shù)據(jù)來(lái)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(lái)的測(cè)試和材料開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。增材制造技術(shù)在航天應(yīng)用方面已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，并且仍在朝著正確的方向前進(jìn)。