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）( 四 ) 液体火箭|机械|NASA

Moriya等人也在C-18150推力室衬套上使用了HIP ，获得了相对密度从99.3%增加到99.5%的结果。他们还对C-18150的导热系数进行了实验，结果表明， C-18150的导热系数从建成时的约90 W/(m K)显著增加，到老化和HIP后的约350 W/(m K) 。结果表明， HIP (<25 W/(m K))后，电导率具有适度的各向异性。 Onuike等人的工作中报告了铜合金低成型导热系数的类似观察，他们报告了GRCop-84热扩散率，比商用轧制试样低近50% 。美国国家航空航天局(NASA)正在对grco合金进行的研究表明，其导电性接近或等于变形材料。
除后处理热处理外，增材制造的零件还应考虑表面处理。与机械加工的替代品相比，使用增材制造的零件容易受到高表面粗糙度的影响。这可能会降低疲劳寿命，由于裂纹的起始位置，以及对室总压降的负面影响。高表面粗糙度增加了推力室冷却通道中的湍流，从而增加了冷却结构上的水力损失。此外，湍流的增加也增加了冷却剂的换热，这对设计者也有好处。 Suslov等人证明了构建角度与表面光洁度有很强的相关性。对于Inconel718试样，平行和垂直于构建板的表面光洁度最好(10-25 μ m Rz) ，而悬垂结构导致粗糙度显著增加(150-300 μ m Rz) 。 L-PBF的表面粗糙度高度依赖于材料、几何、后处理和机器，因此零件需要在相同的条件下进行表征和控制。
根据发动机循环和冷却通道的上游和下游系统，以及增材制造过程中出现的表面粗糙度，设计师可能希望使用表面增强技术来避免冷却结构上的过度水力损失。有几种潜在的表面增强技术可以用于内部通道，但需要针对设计要求、AM工艺和材料进行进一步的开发。其中包括水动力空化磨料抛光、磨料流加工、流化床加工、磁性磨料抛光、化学或电化学抛光、化学机械抛光。表面要求应根据发动机循环的类型进行交易，因为可能需要从粗糙表面强化传热。 L-PBF工艺表面粗糙度的粗略近似等于所使用的粉末直径，然而，最终表面也取决于所使用的轮廓参数，通常较低。
4.6 非破坏性和破坏性评估
为了确保增材制造的推力室满足要求，对已建成的推力室和witness coupons进行了无损评价(NDE) 。通过破坏试验来确定拉伸性能、低周和高周疲劳寿命、蠕变、热导率、硬度和组织。由于已知的各向异性增材制造零件的行为，建议在建筑体积内的不同方向放置witness coupons 。
有几种非破坏性技术可以应用于推力室。计算机断层扫描(CT)是增材制造推力室最常见的评估技术之一，它可以确定密度的变化，以突出亚表面缺陷/孔隙，并可用于验证冷却通道是否有多余的粉末。这种技术具有揭示缺陷的优点，即使是在物理上无法触及的表面。超声检测是一种可替代的揭示易接触表面亚表面缺陷的技术。其他技术可能包括传统的或数字x射线，孔径检查，现场监测和红外闪光热成像。
为了验证尺寸精度，可以采用结构光或三维激光扫描的方法。该技术生成了推力室的表面轮廓图，可以将其与原始的3D CAD模型进行比较，以验证所有特征都在公差范围内。这种方法特别适用于复杂形状的零件，在那里很难或不可能用手测量尺寸精度。结构光法只能用于外表面的验证。在图12中可以看到一个例子。
其他无损检测技术，如染料渗透检测或涡流检测，由于高表面粗糙度，被报道不太适用于添加物制造的成品零件。在表面强化处理之后，这些方法是可以考虑的。

图12 结构光三维扫描的例子，比较已建成的表面CAD(来自NASA) 。
5.结论与展望
在液体火箭发动机推力室的制造中，增材制造占据了更加突出的地位。目前最先进的技术显示，使用激光粉末床聚变（L-PBF）创建的推力室的技术准备水平为9 ，技术准备水平为≥6 。 AM已经使推力室可供许多公司和组织使用，这些公司和组织以前没有制造推力室的资源，并且可以在合理的预算和时间表内制造推力室。这带来了新的商业航天公司，带来了2015年之前不存在的新任务机会。 AM考虑到推力室设计的复杂性，包括以前在各种铜合金、高温合金和耐火材料中不可能实现的内部通道几何形状。许多这种合金已经在相关的推力室环境中得到了验证。由于内部功能的高度复杂性， L-PBF是推力室中使用的最流行的AM技术，但制造体积有限。 LP-DED和LW-DED提供了增加规模的选项。
虽然AM过程已经成熟，但应特别注意后处理操作，这对于成功应用和满足发动机要求仍然至关重要。由于推力室的复杂性，内部特征可能会导致制造过程和后处理中出现问题，如检查、粉末去除和表面粗糙度。整个工艺流程必须通过所有操作严格控制，包括原粉、AM工艺和后处理，以确保关键飞行应用符合认证要求。 AM技术和后处理操作的进一步进步，加上新材料的开发，可以进一步推动AM在推力室中的应用。