由于高功率的激光加工過程中產生的激光等離子體包含著能量運輸、質量遷移和溫度輻射等各種現象,限制了很多常規測量方法的使用,因此對于激光等離子體的信號檢測一直是激光加工領域的重要研究內容。為了檢測激光等離子體的電信號,眾多學者開發出了不同的方法,比如鉬板開孔法、間隙測量法、靜電探針法等。前兩種方法由于測試范圍和加工方式過于局限,不適合用來檢測同軸送粉激光3D打印過程中產生的等離子體。靜電探針測量法,也稱作朗繆爾探針測量法,是將一個極細的由多層絕緣層構成金屬絲的一端伸入等離子體,另一端接入探測器的檢測方法。該方法可以得到等離子體的電子溫度和電子密度等參數。眾多學者采用該方法檢測激光等離子體的電信號并進行了不同方式的改造。學者Bi[和學者Martin分別使用了直徑2.0mm的鎢棒和直徑1.6mm的鎢棒作為探針伸入激光等離子體得到了等離子體的電信號。也有學者使用了U型銅管和噴嘴本身當作探針。
根據等離子體鞘層理論,探針的形式既可以是激光噴嘴也可以是鎢棒,結合上述學者的研究,分情況采取不同的方式來測量激光等離子體電信號:當噴嘴與工件之間距離較遠時,利用一個直徑2.2mm的鎢棒作探針,實現對等離子體信號的采集;當噴嘴與工件之間距離較近時,利用噴嘴作探針,實現對等離子體信號的采集。
同軸送粉激光3D打印過程產生的等離子體電荷信號檢測系統由探針、噴嘴、采集卡、計算機等部分組成。激光等離子體電荷信號產生之后,由導線傳遞至采集卡,在采集卡中轉換成數字信號,傳入計算機進行分析。實驗采用的數據采集卡是由阿爾泰科技生產的USB5936數據采集器。該數據采集器可以達到12位精度和25k·s-1采樣頻率,滿足采集激光等離子體信號的要求。
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