图4 (a) 1000?W激光功率下 ， 被加热的粉末颗粒在喷嘴出口处的热图像 ， (b)几何关系 。 (c和d)根据Beer-Lambert定律和粉末喷雾模式 ， 激光在飞行过程中被粉末吸收和散射 ， 能量分配 。 (e)实验装置显示了位于DED系统上方的热测量系统 ， 以及(f)当第5层沉积时 ， 从顶部看的WC-Co样品的热图像 。
在相关的研究中 ， 详细地研究了316L SS粉末和Nd:YAG激光器的能量分配情况 。 数值和实验结果表明 ， 衬底吸收了30%的激光功率 ， 反射了大约54%的激光功率;粉末的吸收率为11% ， 分散粉末的损失率为4% ， 沉积粉末的吸收率仅为1% 。 类似的结果在另一项关于粉末轨迹和停留时间在激光光束的影响的研究中被报道 。
(a)计算出生长200 mm红外锗晶体的温度分布 。 (b)同一晶体中的von Mises应力不变量 。
上图模拟了用于光学应用的200 mm晶体生长过程中的温度和应力分布 。 虽然温度分布看起来很均匀 ， 但热弹性应力分布却呈现出截然不同的情况 ， 在靠近固体/熔体界面的晶体边缘处 ， 应力集中程度较高 。 很明显 ， 当超过一个临界应力水平时 ， 这将是位错形核的有利位置 。
激光沉积过程中激光能量的分配也与工作距离(WD)密切相关 ， 工作距离定义为喷嘴平面到沉积材料表面的距离 。 在沉积过程中 ， WD收敛到一个平衡值 ， 受到热能积累的严重影响 ， 最初在粉末质量中 ， 最终在沉积材料中 。 吸收的能量转移到熔池的粉粉沉积或消散到环境室如果粉从熔池转移如图4中所示c d 。 正确理解和最终控制d的热环境有必要充分了解LB-P-MP的潜在相互作用 。
然而 ， 考虑到熔池的体积小、热梯度大以及固液界面的快速移动 ， 这仍然是一个艰巨的挑战 。 例如 ， 当原料粉末在冲击到熔体熔池之前经历高温时 ， 冲击过程中的局部变形及其相应的温度变化和微观结构会根据熔体熔池中的局部位置而有所不同 。 高速摄影和热成像 ， 以及数值模拟 ， 是重要的工具 ， 可以用来描述衰减效应 ， 粒子对激光束 ， 粒子熔化 ， 和粒子池相互作用行为在DED过程中 ， 而高速热成像提供了与熔池附近的热行为(即热梯度和冷却速率)相关的详细信息 。
熔池的热行为
激光束冲击在沉积材料的表面 ， 导致一个聚焦和快速移动的熔池在DED期间 。 为了更好地理解微结构演化的机理 ， 不仅需要了解激光与熔池的相互作用 ， 还需要了解熔池中存在的时空热场 。 监测沉积过程中的热基特征(如熔池温度梯度和冷却速度) ， 可以预测显微组织演化特征(如枝晶臂间距和晶粒形态)、机械性能(抗拉强度和耐磨性)和缺陷形成(如:孔隙和裂缝) 。 因此 ， 非接触式热成像 ， 如可见和近红外(IR)辐射测温法 ， 可用于确定熔池的热特性和相关的冷却速率 。
在一项相关研究中 ， 利用单波长高速数字电荷耦合器件(CCD)摄像机测量了316L SS在DED沉积过程中获得的热图像 。 利用650?nm宽带通滤光片和远摄镜头对沉积路径进行成像 。 316L不锈钢凝固界面温度为1650?K ， 激光功率达到275?W时熔池尺寸增大 。 这些结果表明 ， 激光扫描的冷却速率为~ 103 K/s ， 在最低功率和最高扫描速度下可以获得最高的冷却速率 。 另一个实验研究涉及高速数字CCD摄像机的顶部视图的熔化池也被报道了 。 这些研究中的相机是静止的 ， 并且与激光具有相同的焦点 。
包括双模滤波器的平面传输带通滤波器的几种常用结构
平面带通滤波器最常用的配置是直接耦合、平行耦合、数字间耦合、梳状线、发夹线、双模环形和方片谐振器 ， 其中一些如上图所示 。 直接耦合谐振滤波器的长度过大 ， 可以通过使用平行耦合的几何结构来减少 。 并行耦合可以更强 ， 以实现更大的带宽 。 数字间组合和发夹线具有侧对侧腔间耦合方案 ， 如果抑制杂散响应 ， 滤波器可以变得紧凑 。 此外 ， 它们是窄频带设计的良好候选 。 该双模环形谐振器和方片谐振器可以同时诱导出空间上正交的两个谐振模式 ， 并由两条正交排列的输入输出线激发 。 这两种模态之间的耦合是通过一个拓扑扰动来实现的 ， 该扰动发生在对称轴上 ， 相对于输入和输出线 。
因此 ， 通过这种方式 ， 相机始终处于对焦状态 ， 并且可以在不考虑x、y和z位置的情况下成像熔池 。 采用原位高速热成像技术(如图4e和f所示) ， 结合有限元分析(FEA) ， 研究了WC-Co陶瓷在DED过程中的热行为 ， 为研究影响微观组织演化的因素提供了基础 。 该图像以颜色显示 ， 以开氏度表示温度 ， 而x轴和y轴上的值显示像素的图像大小 。 白色箭头表示激光束的横向方向 。 原位高速热成像可用于量化熔池附近区域的热梯度和冷却速率 ， 而三维有限元则可覆盖整个熔池沉积区域 。 在不反弹的粒子通过激光束的情况下 ， 存在一个阈值z-高度 ， 低于这个阈值粒子将浸入熔池中 ， 高于这个阈值粒子将完全错过熔池 。
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