[发明专利]一种送粉式增材制造粉末行为探测方法

权利要求书

1.一种送粉式增材制造粉末行为探测方法，其特征在于：探测系统、送粉器、焊接激光器和保护系统组成送粉式增材制造系统；探测系统的多束探测光在不同高度处穿过焊接激光束，部分探测光被焊接激光束内的粉末颗粒反射回各自探测激光腔内形成新的谐振，通过测量每一个探测激光器电压、频率的变化，可以得到焊接激光束内不同位置处粉末颗粒的尺寸和速度，基于颗粒尺寸和速度在激光束内的变化监测增材制造过程；

探测系统中激光的数量为2台～10台；探测激光束间可平行也可不平行；探测激光束之间的间距为1mm～20mm；探测激光束与焊接激光束之间的夹角为10°～90°；探测激光束与焊接激光束扫描方向之间的夹角为0°至180°；探测激光束与熔池的间距为0.1mm～100mm；探测激光的波长为0.1μm～20μm，测量中所有探测激光的波长相同或不同；探测激光器的输出功率为0.01mW～50W；探测激光束的直径为0.1mm～8mm；

焊接激光器的输出功率在0.1kW～50kW；

探测激光器由两个腔组成，一个是长度为L_c的激光腔，另一个是微粒到探测激光出射面的长度为L_ext的外腔；

通过对每个粒子的后向散射贡献求和来计算等效腔反射率r_eq，考虑ξ_i1，等效反射率的绝对值推导为：

其中，ξ是耦合系数，ω_D是由多普勒效应引起的角频移，c是真空中的光速，ν是激光自由运行频率，V_A是激光方向上的目标速度分量，V_A＝V·sinθ，j是虚数单位；Φ_D是附加相位项，τ_d是折射率n外腔内的外部往返延迟时间；r_ext为目标反射率；

来自不同散射粒子的P：

粒子直径计算公式为：

多普勒频率表达式为：

f为发射源于介质中的原始发射频率，c为光速；v₀为接收端相对于介质的移动速度；v_s为发射源相对于介质的移动速度；

化简得到：

即：夹角θ为半导体激光器角度与垂直粉末束流法线的夹角，由此算出微粒运动速度。

2.如权利要求1所述的一种送粉式增材制造粉末行为探测方法，其特征在于：所用焊接激光器为光纤激光、Nd:YAG激光、盘片式激光或半导体激光。

3.如权利要求1所述的一种送粉式增材制造粉末行为探测方法，其特征在于：激光增材制造用粉末为金属粉末或陶瓷粉末。