內(nèi)層載粉氣體對于激光3D打印加工制造的重要性

由于粉末依靠內(nèi)層載粉氣體承載和運輸，所以內(nèi)層載粉氣體的流量決定了粉末的初速度，當(dāng)粉末速度過快時，打到基底之后的反彈速度也會變快，不利于制造過程。觀察圖像，根據(jù)粉末流形態(tài)，可以將粉末流分為三個區(qū)域，分別是匯聚區(qū)，焦點區(qū)和發(fā)散區(qū)。匯聚區(qū)是從噴嘴出口處到焦點區(qū)的區(qū)域。粉末流在匯聚區(qū)逐漸匯聚，粉末流直徑從同出粉口相當(dāng)?shù)?8mm逐漸縮小至3mm~6mm。在這一區(qū)域可以觀察到外層輔助氣體的作用非常明顯，相互之間的對比可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)內(nèi)層輔助氣體流量保持不變時，外層載粉氣體流量越大，則粉末降落時的角度越接近激光噴嘴的出粉口角度。

焦點區(qū)是粉末流匯聚焦點附近的區(qū)域，是粉末流最為匯聚的區(qū)域。一般認為焦點區(qū)是最適合于加工的區(qū)域。在進行研究時，眾多學(xué)者把焦點區(qū)粉末流的最小直徑當(dāng)作粉末流“粗細”的評價標準，將焦點區(qū)在激光束方向的長度當(dāng)作粉末流適合同軸送粉激光3D制造的長度。焦點區(qū)可以明顯的觀察到內(nèi)層載粉氣體具有明顯的作用，由于內(nèi)層載粉氣體被外層輔助氣體包裹著，當(dāng)內(nèi)層載粉氣體流量增加時，其突破外層輔助氣體拘束的趨勢就越明顯，二者相互作用的結(jié)果是使焦點區(qū)下移、粉末流最小直徑增加。

發(fā)散區(qū)是焦點區(qū)下方的區(qū)域。這個區(qū)域也是爭議較大的一個區(qū)域，因為在實際的加工過程中，這個區(qū)域會被試樣的基板擋住，粉末并不會如圖中所展示的一樣自由下落發(fā)散，制造過程中粉末流會由于基板的反彈和阻擋向四周擴散。在拍攝到的圖像中可以觀察到，內(nèi)外兩層的氣體流量對發(fā)散區(qū)的粉末流直徑都有影響，其中內(nèi)層載粉氣體影響最大。

由于沉積層成形特征法基于實際的同軸粉末激光3D打印實體試樣成形，以測得的沉積層成形高度為評判標準，以試樣表面形貌質(zhì)量為輔助評價標準。所以在試驗時，在試樣中間穩(wěn)定區(qū)域等距離取三個參考截面，通過線切割、打磨、拋光、測量高度、取平均值的方式獲得試樣的平均高度值。

制造實體試樣時，采用單道逐層累積的方法。這樣試樣的寬度就是每一層沉積層能融化粉末的寬度，試樣高度代表著所有沉積層的高度累加起來的總高度。這樣既可以單獨分析每一層的高度極其穩(wěn)定性，也可以分析整體的高度得到試樣的宏觀信息。

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