机器|增材制造液体火箭发动机推力室端到端的工艺评价（2）( 二 ) 液体火箭|机械|NASA

这些制造限制限制了当前技术的生产能力，许多当前正在制造的发动机的尺寸都能适应这种限制。由于AM流程，一些设计交易正在进行中。对于相同的推进剂吞吐量，增加燃烧室压力可以大大减小燃烧室直径。然而，由于燃烧室体积通常受到推进剂停留时间的限制，这可能会导致长圆柱形燃烧室截面，超过L-PBF构建包线的高度限制。围绕这个问题的一个实际解决方案是将腔体制作成多个部件，这已在各种应用中得到证明。这些多片式燃烧室轴向分开，环形接头焊接、栓接或连接。多件式推力室的生产增加了设计的复杂性，并增加了生产成本。然而，商用L-PBF机器比大型DED增材制造机器多得多。从成本或进度的角度来看，这种解决方案可能更有效，但解决方案必须根据具体情况进行交易。
4.2. 原料质量验证
AM过程中获得的最终性能在很大程度上取决于工艺所用原料的质量（图7中的步骤4）。因此，原料的鉴定和控制对于制造出能够满足相同要求的零件至关重要（步骤5）。可用于原料鉴定的通用标准包括：
?化学成分可能会暴露原材料中的污染物，对于粉末工艺而言，可以量化和控制粉末中的任何微量元素。后者在建造操作、热处理和将获得的机械性能期间非常重要。控制粉末制造方法也很重要，包括正确混合粉末加热和禁止后期添加。
?粒度分布和形态。对于粉末工艺，据报道，获得的表面光洁度大致相当于使用的粉末直径。此外，试验数据表明，粉末尺寸（和形状）对达到的强度和伸长率有显著影响。粉末的尺寸和形态对于成功制造AM的过程中的流动性和铺展性也至关重要，这将导致足够的性能。
?湿度一些原材料，如铜和铝，容易吸收水分。这种水分会在建造过程中大大增加孔隙度。
?搬运和包装。必须正确处理材料，以避免环境氧化，并避免外部污染。
一些增材制造工艺，如L-PBF和LP-DED ，允许回收多余的粉末，但必须满足严格的控制，以跟踪回收的粉末。对于在制造过程中经过热循环的再生粉末，需要重新鉴定。
4.3. 推力室和验证试样的制造
原料合格后，可以建造推力室（步骤7）。影响L-PBF或DED构建过程的参数有很多，包括热源功率、移动/扫描速度、层高度、零件在构建板上的放置、构建室环境、激光光斑大小、阴影间距/重叠、轮廓间距/重叠（如果适用）、激光定时、激光扫描策略，以及重水臂的类型。应该注意的是，这只是一个短名单，还有许多其他参数会影响构建。
存在一组最佳参数和机器配置，以实现芯材的最小孔隙率和最有利的机械性能。然而，必须了解这些参数和非标称条件的相互作用，以确保它们满足标称加工箱的要求。在构建操作期间，也使用了不同的L-PBF参数集，其中一组用于材料芯，这可能会影响密度和机械性能，而另一组用于轮廓，这将提供所有外部和内部特征的最终表面光洁度（图9）。应注意的是，这些参数在合金、零件几何形状、不同AM技术和机器之间会有所不同。因此，尽管使用了原料，但推力室制造工艺的鉴定应包括记录整个工艺和供应链所有输入的工艺的完整配置控制。为了获得具有代表性的机械性能、表面光洁度见证样品或其他破坏性和非破坏性评估（NDE），还需要在施工区域内制定适当的取样计划。

图9 L-PBF生产的已建成GRCop-84结构:(a)核心参数和结构， (b)轮廓参数。
当零件结合了高热质量和低热质量的截面，并导致更高的残余应力，从而导致厚壁和薄壁截面的失效时，可能会产生挑战。 Rome等人举了一个低热质再生冷却回路的例子，该回路上连接有一个高热质法兰。由于冷却结构散热不良，推力室热变形，导致与L-PBF机器的粉末回收臂发生碰撞。通过在法兰上添加更多支撑结构，更快地散热，并允许正确连接到构建板，解决了这个特殊问题。支持结构可能会产生负面后果，尽管它会增加后期流程和构建中出现故障的其他机会。设计良好的零件应消除或减少支撑结构，仅在必要时使用。
4.4. 除粉
对于所有PBF增材制造工艺而言，粉末去除是一个基本的制造后程序，因此应包含在推力室的设计要求中。当创建带有内腔的零件（如冷却液通道）时，必须有一定的可接近性以正确去除粉末。 NASA的实验表明，冷却剂通道内的粉末固结可能非常显著，如图10所示。影响粉末固结的因素有几个，包括设计、工艺过程中使用的参数、建造和建造后的气氛、残余水分和后处理操作顺序。粉末去除采用了几种技术，包括气动冲洗、振动技术、变频正弦扫掠、对成型板的钝击、酒精浸泡和真空操作。在NASA报告的腔室早期开发过程中，正确清除所有粉末是一项挑战，通常会导致通道完全堵塞。最后，由于冷却通道无法从歧管端口很好地接近，因此在外室壁上切割了一个小凹槽，以物理方式去除粉末，然后用开口环焊接接头密封。这些经验教训导致了设计上的改变，以便更好地去除粉末。