激光立体成形过程中粉末颗粒对激光能量衰减实验研究

【作者】 王军华； 韩福柱； 陈淑凡； 应炜晟；

【机构】 清华大学机械工程系精密/超精密制造装备及控制北京市重点实验室；

【摘要】 激光立体成形技术是将快速成形技术和激光熔覆技术相结合后发展而来的一种新的成形制造技术,因具有成形结构缺陷少、效率高、性能优异、自动化程度高、对结构复杂性不敏感等优点,在航空航天、国防工业、医疗设备、汽车电子等行业领域极具发展潜力。激光立体成形过程中,激光束传输至基体材料表面之前,与粉末流有交互作用,使得一部分激光被粉末材料吸收、反射或衍射,必将对激光能量造成衰减,进而影响到达基板表面的激光能量多少及分布。为有效控制激光能量传输过程,确保激光立体成形过程熔池的稳定性,提出了一种同轴送粉模式下粉末流对激光束能量衰减率的实验检测方法,通过有无粉末流作用时激光束功率的定量检测,较为准确地计算粉末流对激光束能量的衰减率。结果发现:交互区域内粉末颗粒数量是决定激光束能量衰减量大小的关键,而影响粉末颗粒数量的送粉参数主要是送粉速率和载气流量;在一定送粉速率和载气流量条件下,激光能量衰减率随送粉速率的增大呈现近似线性增大趋势,且载气流量越小,增速越快;同时,激光能量衰减率随载气流量的增大呈现减小趋势。更多还原