设计同轴送粉激光3D打印制造实验系统

设计了同轴送粉激光3D打印制造实验系统，对同轴送粉激光3D打印参数进行了优化，对制造过程中产生的激光等离子体的特征进行了分析。主要得出以下结论：

通过粉末流汇聚图像特征法和沉积层成形特征法等两种方法对气体参数进行了优化，通过均匀实验设计法和回归分析法对激光参数进行了优化。得到的最佳参数组合为：内层载粉气体流量4L·min-1，外层辅助气体流量17L·min-1，激光峰值功率6kw，激光脉冲宽度4.5ms，离焦量8mm。对气体参数优化方法的对比分析认为，沉积层成形特征法符合激光3D打印过程的实际加工条件，更适合气体参数优化。

通过对激光等离子体电荷信号、图像信息分析，可以将激光等离子体的喷发过程分为激发阶段、维持阶段、衰减阶段等三个阶段，喷发模式可以分为稳定喷发模式和非稳定模式，其中非稳定模式可以分为两种类型，分别是主波-副波模式和非均匀主波模式。

通过对比有粉末流和无粉末流两种情况下的激光等离子体的电荷信号和电子温度信号，研究了粉末流对激光等离子体的电荷电压、电子温度和喷发持续时间的影响，提出粉末流的存在会提高激光等离子体的电荷电压信号幅值，从而使激光等离子体的喷发强度增加，并缩短激光等离子体的喷发持续时间。

通过改变送粉参数和激光参数，研究了送粉参数和激光参数对激光等离子体的电子温度、喷发持续时间的影响。研究发现激光等离子体的电子温度和喷发持续时间随着内层载粉气体的增加而增加，随着外层辅助气体的增加而增加，随着送粉量的增加而先增加后减少。激光等离子体的电子温度随着扫描速度的增加而先增加后减小、随着激光脉冲频率的增加而先减小后增加，随着激光脉冲宽度的增加而先快速增加后趋于平稳。激光等离子体电子温度越高、喷发持续时间越长，激光等离子体喷发强度越大，从而影响材料对激光能量的有效吸收，并影响激光3D打印的成形效率和成形质量。

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