评论:太空需求如何推动增材制造的发展

增材制造(AM)在空间应用中越来越普遍。这对NASA项目和商业太空领域都是如此。NASA完全接受AM的优势，包括降低成本、交货时间和零件数量，以及新的设计和性能机会以及快速设计-故障修复周期。当然，这种快速发展的新技术也带来了其独特的挑战，需要充分理解。

AM部件已经用于NASA赞助的关键应用项目。未来的太空探索，尤其是深空探索，将需要极高的可靠性。在过去的30多年里，载人航天飞行一直在近地轨道(LEO)运行。与近地轨道相比，深空需要提高可靠性的因素包括部件寿命更长、更换部件有限以及无法返回地球的安全港。

在AM, NASA有双重角色。首先是推动和促进AM技术的研发，以支持广泛的行业适应和工业化。NASA的第二个任务是制定能够安全满足任务目标的太空飞行硬件认证协议。为了支持这一第二角色，美国宇航局于2021年4月发布了NASA- std -6030，“航天系统的增材制造要求”。该标准对航空航天AM行业产生了直接影响。

与近地轨道相比，深空需要提高可靠性的因素包括部件寿命更长、更换部件有限以及无法返回地球的安全港

NASA-STD-6030从增材制造控制计划(AMCP)的一般要求开始，该计划与质量管理体系(QMS)一起构成了定义和指导工程和生产实践的骨干。NASA-STD-6030的要求分为两类。第一，基本工艺控制，包括AM工艺的要求，为可靠的零件设计和生产提供基础。这些措施包括材料工艺鉴定、设备控制、人员培训和材料性能开发。第二类，零件生产控制，由许多航空航天操作的典型要求组成，包括设计和评估控制、零件生产计划(ppp)、预生产工艺和AM生产控制。

AM计划的关键方面的交互如图1所示。在图的最左边，人们可以看到最初的关键步骤之一，即建立合格材料工艺(QMP)。QMP将通过对原料原料的指定控制和对每台AM机器的工艺能力的评估来确保工艺的一致性，所有这些都记录在配置控制的QMP记录中。QMP使用来自机器认证的数据，由过程控制指标和SPC监控，所有这些都将输入设计值的创建。材料属性套件(MPS)概念包括三个实体:材料属性数据库;该数据库的子集，用于推导和实现过程控制参考分布(PCRD)，为见证测试评估提供SPC标准;以及一套维护的材料允许度和零件设计值。集成简单的SPC概念来监控过程并证实材料允许的完整性是NASA-STD-6030的一个独特方面，考虑到AM的过程敏感性质，这是必要的。质量保证计划成为建立质量保证计划的基础，质量保证计划和SPC一起导致零件合格。然后，可以建立合格部件流程，并开始生产预生产部件和最终的飞行部件。

图1 - AM认证管理原则

NASA用于关键航天硬件鉴定的断裂控制方法严重依赖于对硬件设计、分析、测试、检查和跟踪的充分理解。增材制造技术的新进展迅速带来了目前NASA-STD-6030框架中没有捕捉到的独特挑战。例如使用多种激光，自适应技术，以及无法使用定量无损评估进行检查的组件。为了适应这种情况，NASA已经开始探索概率损伤容限方法(PDTA)的适应性。这些方法包括发展计算模型，理解“缺陷的影响”，以及实施现场监测和检查技术。

对于计算建模，设计和硬件都需要证明它们满足设计任务的所有要求。计算辅助资格鉴定和认证的机会必须集中在增强现有流程，而不是取代它们。这些工具需要验证和验证。

美国宇航局已经开始了有关了解缺陷影响的研究。这些缺陷可以分为两类，固有缺陷和流氓(或过程逃逸)缺陷。这项工作将分三个阶段完成:理解内在缺陷，使用过程控制来控制内在缺陷总体，以及理解流氓缺陷。将尝试确定使用过程失效模式和影响分析(P-FMEA)来了解潜在的流氓AM缺陷的特征和发生可能性的可行性。

最后，NASA正在研究将现场监测用于过程控制和定量监测零件质量。计划于2022年6月下旬举行研讨会，研讨会的结果将在添加剂国际会议上发表和展示。

Richard W Russell是一名技术研究员NASA的工程和安全中心，

额外的输入来自:

• 艾莉森·帕克-美国宇航局兰利研究中心
• 道格拉斯·威尔斯和布莱恩·韦斯特，艾琳·兰尼根和威尔·蒂尔森-美国宇航局马歇尔太空飞行中心
• Bryan McEnerney-美国宇航局喷气推进实验室
• 美国宇航局戈达德航天中心

在今年的添加剂国际峰会上，你可以从理查德那里听到更多，以及来自世界各地的AM领导者、梦想家和创新者，于13-14日在诺丁汉举行^th7月。访问https://www.additiveinternational.com/欲知详情。