应用背景

随着激光加工技术的不断发展，激光铺粉打印作为一种先进的制造工艺，能够实现复杂结构零部件的快速制造。打印过程中，粉末材料的熔化、流动以及熔池的动态变化对打印质量起到关键作用，然后打印过程发生迅速且伴随着复杂的物化反应，传统观测难以捕捉动态细节。

南京诺亿中应用工程师，采用埃视通P1513高速摄像机对打印过程中的粉末熔化、流动以及熔池动态行为等进行高速拍摄，获取了丰富的视觉信息，为优化激光铺粉打印工艺参数、提高打印质量和效率提供了有力支持。

实验设备与配置

埃视通高速摄像机15 000fps @1280×1024，最小曝光时间可达100ns。

激光器，波长1064nm，功率0~5000W，光斑直径80μm。

放大镜头，Navitar 12X远心镜头，空间分辨率3.2μm/pixel。

同步控制器，用于激光-铺粉-摄像同步，同步精度＜100ns。

惰性气体环境舱，定制化设计，氧含量＜50ppm，防飞溅观测窗。

实验过程与数据

首先对激光铺粉打印设备进行参数设置，激光功率300W，扫描速度1200mm/s、粉末层厚度30μm。将高速摄像机搭配放大镜头固定在合适位置，调整镜头焦距和光圈大小，清晰拍摄打印区域，视场约100μm。激光束按预设的路径对粉末层进行扫描，高速摄像机同步以1280×1024画幅下10000fps帧率进行拍摄，记录粉末熔化、流动以及熔池形成、凝固的全过程。

观察结果表明，粉末熔化效果较好，熔池呈现出较为规则的椭圆形，且流动平稳，3D打印出的样品表面粗糙度较低，尺寸精度较高。

应用展望

通过高速摄像机，可清晰捕捉到激光铺粉打印过程中的粉末熔化、流动以及熔池动态变化的细节，为研究激光铺粉打印过程中的物理机制提供直观的图像依据。激光功率、扫描速度和粉末层厚度等工艺参数对打印过程中的粉末熔化和流动行为有显著影响。在合适的参数范围内，能够实现良好的粉末熔化和流动，从而获得高质量的打印样品。

高速摄像技术在激光铺粉打印中的应用具有广阔的研究前景，未来，结合辅助测量仪器获取的数据，能够更深入理解打印过程中的热量传递，应力分布等复杂现象，为优化工艺参数、提高打印质量提供多维度的数据支持。