同軸送粉激光3D打印過(guò)程的研究

主要針對(duì)同軸送粉激光3D打印過(guò)程，研究了送粉參數(shù)和激光參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，分析了3D打印制造過(guò)程中的激光等離子體特征，以及粉末對(duì)激光等離子體的影響。主要工作如下：設(shè)計(jì)并建立同軸送粉激光3D打印加工系統(tǒng)，以及激光等離子體電荷信號(hào)采集系統(tǒng)和激光等離子體圖像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)；針對(duì)同軸送粉激光3D打印過(guò)程中所涉及到的送粉參數(shù)和激光參數(shù)，采用圖像分析、沉積層分析等方式，運(yùn)用回歸分析、對(duì)比分析等方法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化；針對(duì)同軸送粉激光3D打印過(guò)程中產(chǎn)生的激光等離子體，通過(guò)檢測(cè)其電荷信號(hào)、圖像信號(hào)，分析激光等離子體演變特征，研究加工過(guò)程中粉末流對(duì)激光等離子體的影響，以及當(dāng)送粉參數(shù)和激光參數(shù)改變時(shí)激光等離子體的變化。

研究結(jié)果表明：適用于同軸送粉激光3D打印的最佳參數(shù)組合為：內(nèi)層載粉氣體流量4L·min-1，外層輔助氣體流量17L·min-1，激光峰值功率6kw，激光脈沖寬度4.5ms，離焦量8mm，利用該參數(shù)組合可以獲得最佳沉積層成形；通過(guò)分析激光等離子體的噴發(fā)狀態(tài)特征，提出激光等離子體的噴發(fā)模式可以分為穩(wěn)定噴發(fā)模式和非穩(wěn)定噴發(fā)模式，其中非穩(wěn)定噴發(fā)模式可以分為主波-副波模式和非均勻主波模式；通過(guò)對(duì)比有粉末流和無(wú)粉末流兩種情況下的激光等離子體的電荷信號(hào)和電子溫度信號(hào)，提出粉末流的存在增強(qiáng)了激光等離子體的噴發(fā)強(qiáng)度、縮短了激光等離子體的噴發(fā)持續(xù)時(shí)間；通過(guò)改變送粉參數(shù)和激光參數(shù)，發(fā)現(xiàn)激光等離子體的電子溫度和噴發(fā)持續(xù)時(shí)間隨著內(nèi)層載粉氣體的增加而增加，隨著外層輔助氣體的增加而增加，隨著送粉量的增加而先增加后減?。患す獾入x子體的電子溫度隨著掃描速度的增加而先增加后減小，隨著激光脈沖頻率的增加而先減小后增加，隨著激光脈沖寬度的增加而先快速增加后趨于平穩(wěn)。當(dāng)?shù)入x子體噴發(fā)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間增加時(shí)，將影響沉積層和粉末流對(duì)激光能量的吸收，從而影響激光3D打印的粉末沉積成形效率和質(zhì)量的提高。

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