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激光定向能量沉積（DED-LB）是一種激光增材制造技術，通過激光熔化金屬粉末逐層堆積成形。而熔池的動態行為如流動、溫度分布等直接影響沉積軌跡的幾何精度、成形質量。
大連理工大學研究團隊，進行了基于高速攝影技術的31組工藝參數下的實驗研究，借助千眼狼高速攝像機實時觀測熔池的形貌、流動特性及粉末交互過程，深入探究了沉積軌跡演化的物理機制。
研究成果發表于論文《Evolution of melt pool motion and temperature field based on powder scale modeling during laser directed energy deposition process》
實驗設備 激光定向能量沉積實驗系統包括激光器，6軸機器人，激光頭，送粉機，高速攝像機，雙色比輻射溫度計，CMOS同軸相機，同軸粉末輸送系統等。 實驗步驟
1. 配置實驗材料：實驗選用氣霧化鎳基高溫合金718金屬粉末，基板為同一材質，尺寸60mm×10mm×5mm，確保實驗過程材料一致性。
2. 工藝參數設置：基于前期預實驗成果，確定了激光功率（P）在800~1200W，掃描速度（Vs）在4~8mm/s、送粉率（Vf）在0.054~0.141g/s以及噴嘴距離（SD）在-2~2mm預期可獲得表現良好的沉積軌跡，在此基礎上，采用中央復合設計法，設計31組實驗工藝參數。
3. 啟動實驗，利用高速攝像機實時動態捕捉熔池內液體金屬的流動，觀測粉末顆粒與熔池的碰撞、飛濺，利用雙色比輻射溫度計測量熔池的溫度變化，驗證熔池溫度場與數值模擬的匹配度。
高速攝影部分實驗數據與結論
利用高速攝像機千眼狼Revealer M220捕捉熔池從劇烈波動到準穩態的全過程：
圖2(a)展示了沉積軌跡的模擬結果與實驗結果的對比。沉積軌跡的表面呈現出一些因流體和熔融顆粒凝固形成的凸起，高速攝像機捕捉到沉積過程中的飛濺以及許多粉末顆粒在基底上凝固的過程。
圖2(b)顯示了沉積軌跡截面幾何尺寸的模擬結果和實驗結果，藍色虛線為熔池位置。實驗結果與模擬結果相對誤差分別為6.51%、1.49%、7.60%，驗證數據模擬結果。
圖2(c)顯示了高速攝像機拍攝的粉末顆粒流動瞬態圖像。激光頭上的同軸送粉噴嘴與垂直方向呈32°夾角，粉末顆粒流速為4.352m/s。高速攝像機發現粉末顆粒在噴嘴下方約15mm處聚集，粉末顆粒與基地碰撞并在熔池周圍飛濺，導致粉末利用率降低。
圖2(d)展示了定向能量沉積激光束過程達到穩定后，熔池流動圖像與模擬結果對比。圖像顯示，隨著粉末加入熔池和激光束的移動，凝固界面持續向前移動，形成沉積軌跡。熔池內的液體從中心向外圍呈徑向流動，圖中明亮的白色斑點代表粉末顆粒，高速攝像機捕捉到的顆粒運動軌跡有三個方向，一是被熔池捕獲，形成軌跡；二是熔池自由表面波動導致的飛濺；三是流向熔池邊界但未完全熔化的顆粒。實驗觀察結果與熔池的數值模擬結果一致。
千眼狼高速攝像機以每秒數千幀的拍攝幀率，實時記錄了不同工藝參數下熔池的動態行為，助力研究人員量化熔池特性，為優化更準確的數值模型提供實驗依據。
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