激光3D打印实体试样和对激光等离子体进行检测

为了完成激光3D打印实体试样和对激光等离子体进行检测，研究不同送粉参数和激光参数下的激光等离子体行为，设计了激光3D打印实验系统和等离子体检测系统。该系统由激光器、三维数控平台、电信号采集系统、图像信息检测系统和送粉系统组成，以下进行具体说明。

激光器采用深圳联赢公司HWLW-600A型Nd：YAG激光器，激光波长1.064μm，可以对外输出脉冲波形，波形可以根据加工需求设置为不同形状的波形，最大额定功率600W，最大单脉冲峰值功率10kW，最大脉冲重复频率300Hz，最大脉冲宽度30.0ms，单脉冲最大能量100J，采用能量负反馈模式，聚焦透镜焦距120mm。

操作平台采用与激光器配套的三维数控平台，可以实现数控编程，四轴联动，X方向最大移动距离1200mm，Y方向最大移动距离600mm，Z方向最大移动距离800mm，W方位为旋转轴，可以实现在X方向或者Y方向的旋转。数控操作文件可以使用操作台内置电脑编写，也可以在其他计算机上采用专门的软件编写完成后导入。加工时激光喷嘴固定不动，通过工作台移动来完成激光与工作台的相对位移。

等离子体鞘层理论描述的是当一个低温物体（与等离子体的温度相比较而言）伸入等离子体时，会在该物体与等离子体的接触面上形成一个带负电位的区域，这个区域的厚度在数值上等于德拜长度（Debye length）。等离子体整体是呈电中性的，但在与外界物体的接触面上的点位为负电位，所以对外表现为具有可测量的电压。根据研究，众多的学者认为等离子体鞘层产生的原因是这样的：在等离子体中，存在着大量的带电粒子，包括带负电的电子和带正电的金属离子，这些粒子做着无规则的热运动，并在空间之中向四周扩散。通常认为等离子体中的电子和正离子的温度是相同的，但是电子的质量远小于正离子的质量，所以自由电子平均热运动速度远大于正离子的平均热运动速度。下面以喷嘴为例进行说明，由于电子平均热运动速度远大于正离子的平均热运动速度，所以单位时间内到达喷嘴顶端的电子数量远大于正离子，这样在喷嘴前方电子不断聚集，并随着负电荷不断积累，产生了负电势。在此负电势作用下，带负电的电子运动速率逐渐降低，带正电的正离子运动速率逐渐增加。该过程最终达到平衡后，负电势区域动态平衡不再减少。最终喷嘴端面处出现电子聚集区，喷嘴前方一个小区域出现正离子聚集区，从而形成等离子体鞘层。

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