激光增材制造中激光束與金屬粉末流相互作用研究.pdf

1、增材制造技術是近年來國際最熱的技術之一，其被寄希望能在世界產(chǎn)生第三次工業(yè)革命。同軸送粉激光增材制造是增材制造與激光技術結(jié)合的綠色高效的先進技術，是未來的發(fā)展方向。在加工制造中激光束與粉末流相互作用效果決定了加工零件的質(zhì)量和精度，但其作用機理十分復雜，實驗檢測和過程監(jiān)控都十分困難，一直是國內(nèi)外研究的熱點和難點。
　　為了從理論和實驗上指導和優(yōu)化激光增材制造工藝，本文對激光與金屬粉末流相互作用進行了深入研究，分析了其相互作用機理，通過

2、大量實驗研究進行驗證，并設計了新型的檢測系統(tǒng)用于工藝過程的檢測和監(jiān)控:
　　1)基于比爾-朗伯定律和米式散射理論分析了激光與粉末流相互作用中吸收、散射和衍射規(guī)律，激光的波長、材料的光學常數(shù)、粒子直徑、粉末流的溫度是影響粉末流對激光吸收和散射的重要參數(shù)。
　　2)建立了粉末流態(tài)（形貌和濃度分布）的數(shù)理模型，對粉末流濃度分布進行數(shù)值模擬，并進行試驗驗證。結(jié)果表明:粉末流的形貌不受送粉量的影響，粉末流的濃度隨著送粉量的增加而增加;

3、粉末流濃度中心濃度最大，其橫向濃度分布從中心向兩邊遞減。
　　3)基于CCD檢測技術對粉末流溫度分布進行檢測，結(jié)果表明:高溫粉末流是由多束粒子束組成，并且金屬粒子吸收和散熱都極快。激光功率越高，單位時間內(nèi)粒子束吸收能量增多，故粉末流整體溫度升高，高溫區(qū)域也增大。粉末流的溫度分布與粉末流濃度分布相關，若激光功率足夠高，隨著粉末流濃度的增加，高溫粒子束增多，粒子間傳熱增加，高溫區(qū)域在縱向明顯延伸。
　　4)基于光譜檢測技術檢測了