在使用Ti-6Al-4V合金研究L-PBF的过程中 ， 开发了一种试件 ， 包括凸圆柱体、棱柱体、球体、向上和向下的表面以及跨越一系列直径的内孔 。 光学3D扫描映射外部特征 ， 而x射线CT扫描映射内部特征；与指定CAD模型的比较用于分析L-PBF精度、尺寸公差和形状偏差 ， 如供试品的平面度和圆柱度 。 光学3D扫描和CT扫描测量的外部特征显示一致的精度在±100μm范围内 ， 而内部结构的CT扫描显示基于特征尺寸的可变尺寸精度 。 CT和光学方法为测量外部特征提供了可比的结果 。
第一个简单的LPBF基准测试 。
尽管增材制造(AM)获得的几何复杂性被视为与传统工艺相比的主要优势 ， 但AM固有的几何局限性仍然存在 ， 并在设计指南中部分解决了 。 第一个AM基准工件是在1991年由Kruth9为立体光刻设计的 ， 从那时起 ， 已经设计了60多个几何基准来评估AM零件的尺寸或几何精度、重复性和最小特征尺寸10 。 这些现有的基准要么只关注少数几个特征(上图) ， 要么非常复杂 ， 难以精确测量 ， 因为特征太接近了 。
使用Ti-6Al-4V合金对L-PBF进行研究 ， 以检查EOS M270 XT和概念激光器M2可生产的最小特征尺寸 ， 使用30μm层高和150μm阴影宽度 。 分析了零件精度和表面质量的基本形状 ， 包括孔、梁元件、空心结构、壁/肋和AM特定支撑结构 。 检查了零件精度对构建板定位、相对于重水的方向和零件尺寸的依赖性 。 需要坚固的尺寸以确保零件精度；试验圆柱的直径为5mm ， 矩形元件的边长为5mm ， 0.5mm厚的壁长为10mm 。 在使用线切割从构建板上移除试样之前 ， 对试样进行热处理以消除应力 。 表面与构建方向之间的角度越大 ， 粗糙度越高 ， 而在突出部分上超过临界角度 ， 则会导致向下表面上的液滴形成增加 。 对于垂直角度超过50°的情况 ， 建议使用支架；对于>80°的情况 ， 建议使用支架 。
先前的试验品一直包含简单的几何特征 ， 如立方体、孔洞和圆柱体 ， 以确定最小可生产特征尺寸 。 角度表面用于评估表面粗糙度作为构建角度的函数 。 几何测试工件的配置方式应能提供一个坚固的基础 ， 以防止翘曲 ， 并在特征之间留出足够的间距 ， 以允许测量访问 。
2. LHCD发射器制造
GRCop-84的L-PBF AM与其他AM铜合金相比具有较高的强度、高温兼容性和相对较低的表面粗糙度 ， 因此被选择用于LHCD发射装置 。 如图2 (ab)所示 ， 每个LHCD发射模块由一个相控阵多结组成 ， 其中一个WR-159波导馈送一个6 × 4栅格孔径 。 每个环形柱内的粉末被行波极向功率分配器(c)分成4种方式 。 极向功率分配器有内部调谐根 ， 用于匹配等离子体表面的射频和选择功率分配器 。 6个环形柱之间的相移是由位于馈电波导和行波功率分配器之间的一系列移相器产生的 。 射频波的相移是通过缩小移相器中间的宽壁宽度引起的 。 由于L-PBF打印机建造体积的尺寸限制 ， 发射段必须单独打印 ， 并用电子束或激光焊接方法[33
焊接在一起 。 发射段对接焊接在一起(e)成最终组件(b) 。
图2 LHCD发射装置的组件(a)是L-PBF打印的 ， 是截面(b) ， 并焊接在一起成为完整的发射装置 。 极向功率分配器(c)是发射装置中最复杂的可重入悬垂部分 。 8个发射模块(a)在DIII-D tokamak (d)的高场边组装成一个阵列 。
在设计用于通过传统加工技术生产的极向分离器版本中 ， 分离器框架和盖板打印为一堆实心型材 ， 如图1（c）所示 ， 如图3（a–c）所示 ， 使用CuCrZr试件或GRCop-84截面（d–f） ， 使用线放电加工（EDM）切割成最终轮廓和厚度 。 极向分离器框架轮廓（a）通过电火花线切割成6 mm厚的框架（b） ， 然后进行数控铣削 ， 为电子束或激光焊接添加焊接细节 。 盖板从铜块上电火花切割成0.5 mm厚的薄板（b） ， 并焊接到极向分离器框架（c）上 。 使用电子束焊接导致机架和盖板翘曲 ， 而激光焊接消除了这种影响 。
图3三种极向功率分压器的构造方法:CuCrZr或grco -84的常规加工(a-c) ，L-PBF打印段 ， 然后电火花切割、钎焊和焊接(d-f) ， 单片L-PBF打印 ， 然后电火花切割到薄侧壁(g-i) 。
完全由L-PBF打印产生的极向分裂器如图3 (g-i)所示 ， 通过将内部顶部波导表面以45°角(h)倒角来从侧壁支撑顶部表面 ， 从而使每个分裂器可以作为一个整体单元(i)打印 。 在这种结构中 ， 与(a-f)中所示的版本不同 ， 在组装前不可能对内表面进行机械抛光 。 这一版本需要化学或化学-机械加工在内部表面 ， 以及修剪的侧壁厚度0.5毫米 。 增材制造是单片印刷的关键技术 。
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