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）( 三 ) 液体火箭|机械|NASA

图10 在计算机断层扫描中显示的完全和部分阻塞的内部通道的例子。
Gibson等人提供了通道堵塞的一个可能原因，他们报告说，在刚刚熔化在一起的区域周围，多余粉末中的强烈热梯度可能导致粉末在周围聚集。如果周长处的温度足够高，这可能会导致周长处出现意外烧结，如图11所示。尤其是在狭窄的受限区域，如冷却通道，这可能会在清除粉末时带来问题。这些高温度梯度在薄壁截面中更为明显，例如通道的肋或焊环。墙壁的坡度也是一个重要的考虑因素，因为粗糙度会根据倾斜角度和方向而变化。高粗糙度会导致更多粉末粘附在壁上，并增加粉末被困在狭窄通道中的可能性。
图11 墙壁上粉末意外烧结示意图。
通道中多余的粉末通常可以通过气动冲洗通道，与真空交替进行。另一种方法是将气动冲洗与振动腔室相结合。其他方法包括超声波和真空煮沸，包括前面提到的方法。在粉末去除过程中，必须在工艺中引入无损检测或流量测试技术，以确保粉末去除能够得到验证。任何残留水分都会导致截留粉末的流动性降低。在完全去除粉末之前进行的电火花加工等操作可能会引入液体，导致粉末结块，从而使去除更加复杂。尽管没有严格要求，但强烈建议在进行后处理热处理之前去除多余的粉末。热等静压（HIP）等热处理操作可以就地烧结粉末，其他热处理可以进一步固化粉末。
4.5. 后处理操作
使用PBF或DED生产的竣工零件在机械材料性能方面都表现出相应程度的各向异性。该零件在垂直于构造板的方向（z高度）上通常较弱。 L-PBF GRCop-84和GRCop-42试样的机械拉伸试验表明，在竣工条件下，塑性急剧下降，这表明零件中存在高（热）残余应力。除了各向异性材料特性外，额外制造的零件具有较小的孔隙率，通常小于1% 。在再生冷却推力室的应用中，孔隙率的影响是双重的。首先，它可能导致冷却液泄漏到腔室，导致性能降低，喷油器的质量流量减少。当使用氢或甲烷等低分子量推进剂进行冷却时，这一点尤其重要。此外，腔室壁中的多孔空隙可作为传导屏障，从而降低通过壁的传导热传递。虽然AM材料中有意引入的一些孔隙率可以用作发汗冷却，但必须对其进行适当的设计，以满足工艺和有意的要求。
在增材制造技术中，金属的快速凝固通常会导致金属中的小晶粒。 Onuike等人报告称，对于较小的晶粒尺寸，有更多的晶界，这会减缓通过材料的热传递。从他们的实验中，他们观察到Inconel 718的热扩散率和导电率与锻造合金数据一致。早期文献表明，锻造后的GRCop合金略有下降，但非常接近挤压成型。 HIP是一种潜在的解决方案，通常用于提高GRCop-84等高导电合金的热性能。在热等静压过程中，零件被放置在一个腔室中，并逐渐加热到规定的温度，同时承受等静压施加的高压。除了作为应力消除处理，它还可以帮助推力室中材料的致密化，使密度接近100% ，并允许完整的传导路径。 HIP工艺进一步帮助AM材料的同质性。
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试样由机器夹紧。
上图为在地板型万能试验机上进行了拉伸和压缩试验的事例。测试使用Instron 3382(如图)进行，其容量为100 kN ，最大速度为500 mm/min ，垂直测试速度为1323 mm 。整个测试过程由Instron Bluehill软件记录，并包含PC数据采集，自动计算获得的数据直接。拉伸和压缩试验中所有配置使用的速度分别为2.0和1.5 mm/min 。在试样的顶部和底部50mm处标记和夹紧试样。每种复合材料的两种试验所用的试样数量为5个。
【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）】Tillmann等人使用AM Inconel 718进行了HIP实验。结果表明，致密化主要由温度决定，而压力的影响一般较小。该研究确定，即使使用HIP ，也不可能实现100%致密的零件，因为零件中的一些空隙被增材制造过程中使用的惰性气体填满，并被粉末雾化过程中的孔隙或气孔困住。对于Inconel 718 ，在温度超过1150°C、压力超过100 MPa的HIP过程中，该研究成功地实现了相对密度超过99.985% 。
SLM工艺示意图(来源:DMRC)
研究发现，近净形部件可以直接从三维CAD数据制造，不需要进一步成形或工艺规划。所谓的粉末床融合或粉末床激光制造工艺，如选择性激光熔化(SLM) ，属于AM工艺组。在SLM过程中，粉末层被选择性地暴露在高功率激光束中(见上图) 。扫描系统根据所需零件的轮廓移动激光的焦点。粉末局部完全熔化，粉末颗粒相互粘合。在这一过程之后，将构建平台降低，并使用重刷系统应用新的粉末层(见上图) 。随后，新的粉末层被选择性地暴露在激光中。重复这一过程，直到获得零件的完整高度。整个过程发生在一个充满氩气的室，以避免氧和氮污染的加工金属。 SLM的主要优点是广泛的可能的几何形状(即使有下凹) ，金属原料粉末的高灵活性，和实现内部结构的附加功能。常用的SLM粉末材料有镍基高温合金、铁合金和钛合金。