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激光定向能量沉积（DED-LB）是一种激光增材制造技术，通过激光熔化金属粉末逐层堆积成形。而熔池的动态行为如流动、温度分布等直接影响沉积轨迹的几何精度、成形质量。
大连理工大学研究团队，进行了基于高速摄影技术的31组工艺参数下的实验研究，借助千眼狼高速摄像机实时观测熔池的形貌、流动特性及粉末交互过程，深入探究了沉积轨迹演化的物理机制。
研究成果发表于论文《Evolution of melt pool motion and temperature field based on powder scale modeling during laser directed energy deposition process》
实验设备
激光定向能量沉积实验系统包括激光器，6轴机器人，激光头，送粉机，高速摄像机，双色比辐射温度计，CMOS同轴相机，同轴粉末输送系统等。
实验步骤
1. 配置实验材料：实验选用气雾化镍基高温合金718金属粉末，基板为同一材质，尺寸60mm×10mm×5mm，确保实验过程材料一致性。
2. 工艺参数设置：基于前期预实验成果，确定了激光功率（P）在800~1200W，扫描速度（Vs）在4~8mm/s、送粉率（Vf）在0.054~0.141g/s以及喷嘴距离（SD）在-2~2mm预期可获得表现良好的沉积轨迹，在此基础上，采用中央复合设计法，设计31组实验工艺参数。
3. 启动实验，利用高速摄像机实时动态捕捉熔池内液体金属的流动，观测粉末颗粒与熔池的碰撞、飞溅，利用双色比辐射温度计测量熔池的温度变化，验证熔池温度场与数值模拟的匹配度。
高速摄影部分实验数据与结论
利用高速摄像机千眼狼Revealer M220捕捉熔池从剧烈波动到准稳态的全过程：
图2(a)展示了沉积轨迹的模拟结果与实验结果的对比。沉积轨迹的表面呈现出一些因流体和熔融颗粒凝固形成的凸起，高速摄像机捕捉到沉积过程中的飞溅以及许多粉末颗粒在基底上凝固的过程。
图2(b)显示了沉积轨迹截面几何尺寸的模拟结果和实验结果，蓝色虚线为熔池位置。实验结果与模拟结果相对误差分别为6.51%、1.49%、7.60%，验证数据模拟结果。
图2(c)显示了高速摄像机拍摄的粉末颗粒流动瞬态图像。激光头上的同轴送粉喷嘴与垂直方向呈32°夹角，粉末颗粒流速为4.352m/s。高速摄像机发现粉末颗粒在喷嘴下方约15mm处聚集，粉末颗粒与基地碰撞并在熔池周围飞溅，导致粉末利用率降低。
图2(d)展示了定向能量沉积激光束过程达到稳定后，熔池流动图像与模拟结果对比。图像显示，随着粉末加入熔池和激光束的移动，凝固界面持续向前移动，形成沉积轨迹。熔池内的液体从中心向外围呈径向流动，图中明亮的白色斑点代表粉末颗粒，高速摄像机捕捉到的颗粒运动轨迹有三个方向，一是被熔池捕获，形成轨迹；二是熔池自由表面波动导致的飞溅；三是流向熔池边界但未完全熔化的颗粒。实验观察结果与熔池的数值模拟结果一致。
千眼狼高速摄像机以每秒数千帧的拍摄帧率，实时记录了不同工艺参数下熔池的动态行为，助力研究人员量化熔池特性，为优化更准确的数值模型提供实验依据。
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