根據(jù)美國航空航天局（NASA）的預(yù)測，未來十年中95%的太空任務(wù)將在低地球軌道（LEO）和地球靜止軌道（GEO）上進(jìn)行，這意味著太空中的第一波商業(yè)化航天活動將致力于讓地球上的生活更美好。當(dāng)前幾顆全球?qū)拵l(wèi)星已經(jīng)進(jìn)入軌道，為全球提供更穩(wěn)定、更可靠的互聯(lián)網(wǎng)信號。國防活動正在利用先進(jìn)的衛(wèi)星機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來改進(jìn)小行星和導(dǎo)彈探測，同時利用革命性的激光技術(shù)首次實現(xiàn)了衛(wèi)星間通信，使得信息傳播速度更快。為了讓太空生活更加安全和成功，NASA正在開發(fā)一個可擴(kuò)展的公共全球定位系統(tǒng)接收器網(wǎng)絡(luò)，用于便捷的短程太空導(dǎo)航和旅游。

綜上所述，目前正在開發(fā)的零部件應(yīng)用范圍非常廣泛，其中很大一部分是通過增材制造技術(shù)制成的。

盡管增材制造在太空領(lǐng)域前景廣闊，但由于缺乏專有材料和3D打印應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，增材制造的采用仍然受到諸多限制。許多熱加工專家正在加入研究機(jī)構(gòu)和原始設(shè)備制造商的行列，借助新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及有助于實現(xiàn)投資回報率的生產(chǎn)就緒型解決方案，將增材制造引入主流制造業(yè)。

由于需要反復(fù)試驗，這些標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)過程可能既漫長又昂貴。原型或小批量零部件的制造必須按計劃進(jìn)行，一個爐子內(nèi)可能同時有多個客戶的零部件。

通過批量工藝生產(chǎn)鑄件，在增材制造成為一種可行的制造形式之前就已經(jīng)存在了。雖然鑄件和增材制造零部件確實有相似之處，如孔隙率都很高，但這并不意味著批量工藝最適合制作當(dāng)今太空專用的重型零部件，而定制化工藝可能更具優(yōu)勢。

定制化工藝適用于尚未確定熱處理方法的新材料或?qū)Ｓ胁牧?，或者無法按常規(guī)方法進(jìn)行熱處理的材料。雖然可以找到一種合適的批量生產(chǎn)工藝，但肯定不是最佳選擇，尤其是對于要求使用壽命較長的零部件而言。而熱處理爐具有對于批量工藝和定制工藝選擇的靈活性，以及兩種工藝模式的數(shù)據(jù)報告功能，可提供高水平的控制，這對于通過熱處理和試驗獲得所需性能而言至關(guān)重要。例如，如果試驗零部件的屈服強(qiáng)度不符合要求，則可以通過降低溫度和增加壓力來調(diào)整熱處理工藝，然后在新一批零部件上再次進(jìn)行循環(huán)試驗。

在熱處理中，批量工藝往往更經(jīng)濟(jì)，適用于需求量大、運(yùn)行進(jìn)度快、生產(chǎn)規(guī)模大的情況。不過，批量工藝也需要首先通過定制工藝來生產(chǎn)和驗證新零部件的規(guī)格和性能，然后再擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，實現(xiàn)批量工藝。

在增材制造零部件的熱處理過程中，為了達(dá)到預(yù)期效果，可以調(diào)整五個主要參數(shù)：溫度、壓力、時間、冷卻速率和加熱速率。對于增材制造零部件，調(diào)整溫度和壓力是獲得更高屈服強(qiáng)度的首選方法。例如，將循環(huán)溫度降低50℉，但壓力提高5ksi，可能會獲得更好的效果。

在零部件達(dá)到最高溫度之前，還可能有一定的加熱速率和中間保溫，從而確保加熱的一致性并提高材料性能。冷卻過程也是如此，即通過特定的保溫時間和中間淬火來控制零部件的冷卻速率。

熱等靜壓（HIP）結(jié)合了高溫和高壓，可在極端溫度下改善零部件的力學(xué)性能。密封的HIP容器可提供均勻的壓力，使零部件達(dá)到100%的理論密度，同時將變形降到最低。高水平的控制和均勻性使HIP成為太空用增材制造零部件的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

與鑄造零部件類似，3D打印材料往往具有多孔微結(jié)構(gòu)，會影響零部件性能。HIP工藝可以消除這些孔隙，同時也不影響打印實現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀和近凈成型。HIP用于太空零部件的優(yōu)勢主要包括：更強(qiáng)的抗疲勞性，更強(qiáng)的抗沖擊、抗磨損和耐磨性，更高的延性。

美國Paulo公司的克利夫蘭分部為這一工藝配備了Quintus QIH-122 HIP設(shè)備，該設(shè)備經(jīng)過特別改裝，增加了熱電偶，從而實現(xiàn)更精確的溫度控制和更多的數(shù)據(jù)采集，以更高的精確度進(jìn)行迭代，并找到一條高效的技術(shù)開發(fā)之路。

Quintus QIH-122 HIP的一個主要優(yōu)點(diǎn)是能夠以可控速率進(jìn)行快速冷卻，從而能夠在一個爐子中進(jìn)行熱處理和固溶處理。這種高效的冷卻速率是市場上其他HIP設(shè)備所無法比擬的。目前許多商用熱處理爐還不具備必要的數(shù)據(jù)或動態(tài)循環(huán)水平，只能按照設(shè)定參數(shù)運(yùn)行HIP工藝。換言之，許多熱處理設(shè)備都無法對新零部件進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性迭代，也不能調(diào)整熱處理參數(shù)。

未來太空旅行所需的零部件不僅要能在高機(jī)械壓力和極端溫度下工作，還要足夠耐用，以便執(zhí)行遠(yuǎn)程和重復(fù)任務(wù)。熱處理是火箭發(fā)動機(jī)等部件準(zhǔn)備投入使用的關(guān)鍵步驟。通常需要經(jīng)過熱處理的其他太空部件包括：渦輪、渦輪歧管、軸承座、燃油入口、殼體、支撐殼體、軸承支架、渦輪部件等。

自NASA太空飛船計劃啟動以來，Paulo公司致力于開發(fā)發(fā)射和推進(jìn)的整體部件，以及國際空間站軌道上運(yùn)行的許多部件。

人類每天都在探索新材料和新應(yīng)用。專有的合金具有獨(dú)特的性能，有望用于制作更強(qiáng)、更快、更持久的零部件。不過，鑒于獨(dú)特的性能，需要采取獨(dú)特的熱處理工藝。目前用于太空的幾種高性能超級合金包括：Inconel 718、Inconel 625，鈦（Ti-6Al-4V），哈氏合金Hastelloy C22、Haynes 214、Haynes 282，GRCop系列銅合金等。

其中，Inconel 718是一種廣受歡迎的太空合金，在被用于增材制造之前，最初是一種主要的鑄造材料。這種鎳基材料具有極高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，適用于在從高溫到低溫的極端環(huán)境中承受高機(jī)械負(fù)荷的部件，因此在3D打印技術(shù)發(fā)展初期，這種材料自然而然地被應(yīng)用于太空領(lǐng)域。由于鑄造和3D打印都會產(chǎn)生類似的多孔微結(jié)構(gòu)，因此，也可以對Inconel鑄造的熱處理工藝進(jìn)行調(diào)整。在當(dāng)今的太空競賽中，在現(xiàn)有合金中尋找新的機(jī)會，或?qū)⒂兄讷@得材料優(yōu)勢。