同轴送粉喷嘴三路气流对粉末汇聚特性的影响_付伟

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同轴载气送粉激光熔覆粉末流参数研究

同轴载气送粉激光熔覆粉末流参数研究同轴载气送粉激光熔覆技术是一种先进的制备方法，具有高效率、高质量、高可控性等优点，因此在加工领域得到了广泛的应用。

在使用该技术进行熔覆粉末流成形时，粉末流参数的选择对于熔覆质量的影响非常大。

本文将针对同轴载气送粉激光熔覆粉末流参数进行研究，从以下几个方面进行分析。

一、粉末流速度粉末流速度是影响熔覆质量的重要参数之一。

当粉末流速度过大时，会导致熔滴的飞溅和熔覆质量下降；当粉末流速度过小时，会导致熔池面积减小、熔覆质量下降。

因此，应根据熔覆材料的性质和设备的能力，选择合适的粉末流速度。

二、载气流量载气流量是指粉末颗粒在流动过程中所受到的空气流动的力量大小。

合适的载气流量可以保证熔覆粉末流形成正常，同时也可以将存在于熔合池中的杂质、气泡等物质排出，保证熔覆质量的提高。

过大或过小的载气流量都会影响熔覆质量，应选取合适的值。

三、喷嘴与底板的距离喷嘴和底板的距离也是影响熔覆质量的重要参数之一。

当喷嘴和底板的距离过大时，粉末流速度将变低，影响熔覆质量；当喷嘴和底板的距离过小时，容易导致熔滴飞溅，同样影响熔覆质量。

因此，喷嘴和底板的距离应根据熔覆材料的性质、熔覆质量要求和设备的能力，进行合理的选择。

四、粉末流角度和喷嘴半径粉末流角度和喷嘴半径也会影响熔覆质量。

当粉末流角度过大或喷嘴半径过小时，会导致粉末流速度过大，熔滴飞溅，熔覆质量下降；当粉末流角度过小或喷嘴半径过大时，会导致粉末流速度过小，熔覆层减薄，熔覆质量下降。

因此，粉末流角度和喷嘴半径也应进行合理的选择。

通过以上分析，我们可以得出同轴载气送粉激光熔覆的粉末流参数的研究，是保证熔覆质量和生产效率的必要措施。

因此，在使用该技术进行熔覆粉末流成形时，应根据熔覆材料的性质、熔覆质量要求和设备的能力，选择合适的粉末流速度、载气流量、喷嘴和底板的距离、粉末流角度和喷嘴半径。

方形光斑激光增材制造同轴送粉喷嘴结构优化及工艺研究

方形光斑激光增材制造同轴送粉喷嘴结构优化及工艺研究方形光斑激光增材制造技术是一种利用激光束将粉末熔融成熔池，逐层堆积形成零件的先进制造技术。

在方形光斑激光增材制造过程中，送粉喷嘴的结构优化和工艺研究对于提高制造质量和效率至关重要。

首先，对于送粉喷嘴的结构优化，需要考虑以下几个因素：1. 喷嘴形状：传统的圆形喷嘴存在粉末堵塞和剧烈粉尘飞扬的问题。

通过优化喷嘴形状，如改变喷嘴截面形状为方形，可以有效减少粉尘产生和堵塞现象。

2. 喷孔布置：合理的喷孔布置可以保证粉末均匀喷到光斑区域，避免出现过多或过少的喷粉现象。

同时，喷孔的尺寸和形状也需要进行优化，以保证粉末喷出的径向气流能够均匀地覆盖整个光斑区域。

3. 材料选择：喷嘴的材料应具有良好的耐热性和耐磨性，以适应高温和高速的喷粉环境。

常见的材料选择包括不锈钢、陶瓷等。

其次，工艺研究是为了优化方形光斑激光增材制造的操作参数，提高制造效率和质量。

1. 光斑尺寸和功率：光斑的尺寸和功率直接影响到熔池的形成和稳定性。

通过调整激光参数，如功率和焦距，可以控制光斑的尺寸和能量密度，从而实现精细的熔池控制。

2. 加热策略：熔池的加热策略会影响到零件的成形速度和质量。

选择合适的加热策略，如预热、快速加热和复合加热等，可以实现零件的快速成形和减少热应力。

3. 粉末喷射速度和气流压力：粉末喷射速度和气流压力的控制对于粉末的均匀喷射和溅射现象的抑制至关重要。

通过优化送粉喷嘴的结构和调整气流参数，可以实现精确的喷粉控制。

综上所述，方形光斑激光增材制造同轴送粉喷嘴的结构优化和工艺研究是提高制造质量和效率的关键。

通过优化喷嘴结构和调整工艺参数，可以实现精细的熔池控制和粉末喷射控制，从而提高制造质量和效率。

激光熔覆载气式同轴送粉三维气流流场的数值模拟

A bs t r act The t hree2dime nsional incomp ressible Navie r2Stokes application mode of COMSOL Multip hysics sof tware is used for modeling and simulati ng t he coaxial p owde r feeding flow wit h car ryi ng gas in t his article . The dis t ributing of velocit y field and p ress ure of flow is s t udied. Numerical simulations s how t he cladding layer res ults in t he decrease of velocit y and flow of gas , and t he i ncrease of p ress ure . The dis tance betwee n t he p owde r head and t he conve rge nt p oint of gas is calculated. Key w o r ds lase r technique ; coaxial p owde r feeding ; t hree dime nsional flow ; numerical simulation ; Navie r2Stokes equation ; nozzle
4 数值模拟
载气式同轴送粉系统中 ,金属粉末通过 4 个进气口由载气送入到送粉头中 ,并最终喷出至熔池。采用 COMSOL Multip hysics 软件的 Navier2Sto kes 3D 模型对送粉头的 3D 流场进行模拟。

同轴送粉喷嘴保护气体流场研究

表明：嘴中心、喷内环和外环气流流速由内向外递减时可获得稳定的流场；嘴中心、喷内环、环喷出的气流速度外接近一致时，场比较稳定；嘴中心气流速度小于内环和外环的气流速度时，件表面出现漩涡，坏了流场流喷工破
（Ｖ）ａｄＦｌｅｔｓｆｗａｅｘｅｉｎａｎｕｒｃｌｓｍｕａｉｎｒｓｌｓｏｏｘａｅｓａｄｃａｉｌＰＩｎｕｎｏｔｒ．Ｅｐｒｍｅｔｌａｄｎｍｅｉａｉｌｔｅｕｔｆｃａｉｌｊｔｎｏｘａｏ
ｔｆｆｏｗｉｌｓａｌｅｙｔｍｉａｌＴｈｅｒｓｌｓｓｗｈｔｇａｌｗｉｌｅｄｓｔｒｔｂｅｙｏｌｆｅｄｉｎａｙｚｄｓｓｅｃｌｙ．ｅｕｔｈｏｔａｓｆｏｆｅｄｔｎｏｂｅｍｏｅｓａｌ
ｉｉｇｎｅｓｏｏｚｅｇｓｆｏａｅｃｍｐｒｄｍｐｎｉｇｊｔｆｚｌａｌｗｒｏａｅ．Ｔｈｎｌｅｃｆｃａｇｆｎｚｌａｅｏｉｙｏｔｂｌｎｅｉｆｕｎｅｏｈｎｅｏｏｚｅｇｓｖｌｃｔｎｓａｉ — ｉ
摘要：解决飞机结构损伤激光在线修复过程中同轴送粉喷嘴气体保护效果不佳的问题，用粒子图像测速为利（ａｔｌｉｇｅｏｉｔｙＰＶ）Ｆｕｎ软件对喷嘴保护气体流场进行了研究。将喷嘴气流的同轴射流和同Ｐｒｉｅｍａｅｖｌｃｍｅｒ，Ｉ和ｌｅｔｃ轴冲击射流的数值计算结果和实验测量结果进行了比较，析了喷嘴气流速度变化对流场稳定性的影响。结果分

三通道气力式喷嘴加压环境雾化特性试验研究

收稿日期:2009-12-18基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(973项目)资助(2010CB227001)作者简介:李波(1985-),男,山东滨州人,硕士研究生,主要从事喷嘴雾化和污染物控制研究工作。

三通道气力式喷嘴加压环境雾化特性试验研究李波,黄镇宇,杜聪,刘建忠,周俊虎,岑可法(浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州310027)摘要:对三通道气力式喷嘴进行了雾化室加压环境下的雾化试验研究,分析了雾化室环境压力与其他喷嘴运行参数对喷嘴雾化性能的影响。

研究发现,雾化室环境压力的提高有利于气液两相的相互作用,可以有效降低雾化粒度平均直径,且当气耗率不变时,雾化粒径S M D 与雾化室环境压力呈负指数的幂函数关系。

关键词:三通道喷嘴;气力式;雾化;环境压力;气耗率中图分类号:TK 223.25 文献标识码:A 文章编号:1004-3950(2010)02-0015-05Experi m ental study on ato m ization perfor m ance of airblastthree channel nozzle under high a mbient pressureLI Bo,H UAN G Zhen yu ,DU Cong ,et al(State K ey L aboratory o f C l ean Ene rgy U tilization ,Zhe jiang Un i v ers it y ,H ang zhou 310027,Ch i na)Ab stract :T he ato m izati on property o f a irb l ast three channel nozzl e under h i gh a mb ient pressure w as i nv esti g ated .Itwas found tha t conti nuous i ncrease i n a ir pressure caused the decrease o f the m ean drop size t o a m i ni m u m va l ue and then var i ed not too much .A n explanati on f o r this charac teristics w as prov i ded in ter m s o f the various contri buti ng fac to rs in different process o f a t om i zati on .The results s howed that S MD was proportional to P n at a constant air /li qu i d ratio .K ey w ords :three channe l nozzl e ;a irblast ;a t om i zati on ;amb i ent pressure ;a i r /li qui d ra tio0 引言液体燃料的雾化在锅炉燃烧[1]、烟气脱硫[2-3]及煤气化[4-5]等领域应用广泛,其中喷嘴是雾化技术的关键。

激光熔覆同轴送粉喷嘴的研究状况

激光熔覆同轴送粉喷嘴的研究状况薛菲;王耀民;刘双宇【摘要】Powder feeding nozzle is used as one of the key components in the powder feeding system which has direct influ-ences on the effect of the laser cladding. With the development of the laser cladding technology, powder feeding nozzle is stud-ied both at home and abroad, so a variety of new powder nozzles are developed to effectively improve the effect of the cladding and powder utilization ratio and reduce the waste. This paper briefly summarizes the domestic and foreign coaxial powder noz-zle progress and powder feeding principle, analyses the existing coaxial powder feeding nozzle status quo, points out the short-comings of the existing powder feed nozzle and proposes that strengthening the powder feed nozzle design is one of the key is-sues of accelerating the laser cladding development, and then the predicts the future development of the coaxial powder feed-ing nozzle.%送粉喷嘴作为送粉系统的关键部件之一，直接影响着激光熔覆的效果。

三通道气力式喷嘴的雾化特性研究

第４３卷第５期２０１２年９月　锅　炉　技　术ＢＯＩＬＥＲ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．４３，Ｎｏ．５Ｓｅｐ．，２０１２收稿日期：２０１１－０９－１５作者简介：康振兴（１９８４－），男，硕士研究生，工程师，主要从事发电厂电力设计工作。

三通道气力式喷嘴的雾化特性研究康振兴１，黄镇宇２，刘小娜１，周俊虎２，岑可法２（１．国核电力工程设计研究院，北京１０００９４；　２．浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，浙江杭州３１００２７）摘　要：　对于高Ｗｅｂ数的三通道气力式喷嘴，液膜射出后，自身的表面张力波动来不及发展，就被内外气体冲击破碎，这时喷嘴的运行工况和结构尺寸对喷嘴雾化的有很大的影响。

考虑了喷嘴出口处各个结构参数和气量分配比对三通道气力式喷嘴雾化的作用，并探讨了其内在原因。

关键词：　三通道；结构尺寸；气量分配比；雾化中图分类号：ＴＫ２２３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－４７６３（２０１２）０５－００１４－０４０　前　言雾化是指通过一定的方式将连续流动的液体破碎、分裂，最终形成具有一定尺寸分布的不连续雾状液滴。

在工农业生产及航空、军事等领域，雾化得到广泛的应用，包括［１］：液体燃料在锅炉、内燃机及火箭推进器的燃烧，雾化生产金属粉末，除尘、脱硫脱硝过程等。

雾化方式根据实际需要而不同，通常有机械雾化、气力雾化及其它雾化（如超声波、电磁场等雾化）。

气力式雾化一般用来雾化高粘度燃料（如水煤浆、重油等）。

浙江大学的撞击式水煤浆喷嘴就是典型的气力式雾化喷嘴，已经成功运用于国内多家电厂水煤浆锅炉，其大型化也得到满意效果（如在南海发电Ａ厂６７０ｔ／ｈ水煤浆锅炉中）。

而水煤浆气化通常采用的三通道喷嘴，也是一种气力式雾化喷嘴。

与机械雾化相比，气力式雾化具有输液压力低和雾化粒度小等优点［２］。

关于三通道气力式雾化液膜射流在高速气体中的破碎和雾化的机理，许多学者做了研究［３］，认为环状液膜射流雾化的动力在于液体表面波的不稳定性，随着不对称表面波的增长，液膜逐渐破碎、雾化。

气流进入角度对干粉吸入器药物解聚效果的影响,付廷明、李凤生、朱华旭、郭立玮、刘永,南京理工大学、南

２１具有载体截留功能的非切向进气吸入器．．２
非切向进气吸入器的结构及原理与图１示的所
装置相似，但气流进入分离腔的角度不是切向，而是与直径方向成４。０的锐角。
硫酸沙丁胺醇（）雾剂（海华氏制药有限公司天１粉上平制药厂，规格０４）对照品（国药品生物制品检定．ｍｇ，１中所，批号１０２．０５２０３８２００，含量大于９％）８。
术被广泛采用＇。目前市场上的旋风式干粉吸入引器的气流均为切向进入，未考虑进气角度对干粉吸入器解聚效果的影响。本研究设计了不同进气角度的干粉吸入器，验证了其分散效果，并与市售干粉
吸入器作了比较。１仪器与试药
摘要：以硫酸沙丁胺醇粉雾剂为模型药物，通过体外试验比较３不同类型干粉吸入器的分散效果。结果表明，具有载种体截留功能的切向进气和非切向进气吸入器及无载体截留功能的切向进气吸入器在一级瓶和二级瓶的药物沉积率分别为
ｗｉｏｔｃｒｉｒｒｔｎｉｎｆｎｃｉｎｉｈｒｔａｄｓｃｎｄｇａｓｉｎｒｗｅｅ８１％，１５％，９．ｔｕａｅｅｅｔｕｔｏｎｔｅｆｓｎｅｏｌｓｍｐｉｇｅｒ．ｈｏｉ０．４０％ａｄ３１５％，４．％，ｎ．３１

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中国机械工程第２２卷第２期２０１１年１月下半月
同轴送粉喷嘴三路气流对粉末汇聚特性的影响
付伟张安峰李涤尘朱刚贤路桥潘鲁中良
西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安，７１００４９
摘要：在同轴送粉激光金属直接制造过程中，为防止反弹的金属粉末堵塞喷嘴和烟尘污染透镜，在激光腔内引入轴向保护气流并确定保护气流量的大小。采用Ｆ载粉气、外层ＬＵＥＮＴ软件模拟中路气、保护气对粉末汇聚特性的影响规律，并找出各自的取值范围。依据正交试验的方法，找出一组三路气体参数的最佳搭配关系，并通过间接方法验证了不同气路对汇聚浓度的影响规律。实验结果与模拟结果趋势基本一致。关键词：激光金属直接制造；同轴送粉；数值模拟；三路送气）中图分类号：ＴＮ２４８；ＴＨ１６文章编号：１００４—１３２Ｘ（２０１１０２—０２２０—０７ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆＴｈｒｅｅ－ｒｏｕｔｅＧａｓＦｌｏｗｓｏｎＰｏｗｄｅｒＣｏｎｖｅｒｉｎＢｅｈａｖｉｏｒｉｎＣｏａｘｉａｌＰｏｗｄｅｒＦｅｅｄｉｎＮｏｚｚｌｅｓｇｇｇＦｕＷｅｉｈａｎＡｎｆｅｎｉＤｉｃｈｅｎｈｕＧａｎｘｉａｎＬｕＱｉａｏａｎＬｕＺｈｏｎｌｉａｎＺＬＺｇｇｇｐｇｇ， ’ ， ’ ，ＳｔａｔｅＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｆｏｒＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎＳｓｔｅｍｓＥｎｉｎｅｅｒｉｎＸｉａｎＪｉａｏｔｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔＸｉａｎ７１００４９ｙｙｇｙｇｇｇｙ：，ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｅｌａｓｅｒｄｉｒｅｃｔｍｅｔａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｗｉｔｈｃｏａｘｉａｌｆｅｅｄｉｎｗｈｅｎｔｈｅｒｏｃｅｓｓｏｗｄｅｒｇｇｐｐ，ｗａｓｉｎｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅｍｏｌｔｅｎｉｎｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｏｍｅｏｆｔｈｅｍｅｔａｌｗｏｕｌｄｒｅｂｏｕｎｄ．ｏｗｄｅｒｏｏｌｏｗｄｅｒｓｊｐｐｐ，Ｔｈｅｒｅｂｏｕｎｄｏｗｄｅｒｓｗｏｕｌｄｃｌｏｎｏｚｚｌｅｓａｎｄｔｈｅｄｕｓｔｓｗｏｕｌｄｏｌｌｕｔｅｔｈｅｌａｓｅｒｌｅｎｓ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔａｐｇｐ，ｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｗｈｅｎｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｒｏｕｔｅｔｈｅｍｉｄ－ｒｏｕｔｅｔｈｅｃａｒｒｉｅｒａｎｄａｓａｓ（ａｓａｓｍｉｄ－ｒｏｕｔｅｇｇｇｇ），ｔｈｅａｓｗｅｔｏｕｔｅｒｓｈｉｅｌｄｉｎａｓｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｉｎｅｃｔｅｄｕｎｄｅｒｈｉｎｄｅｒｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｂｕｓｉｎｔｈｅｇｊｇｙｊｙｇ，ｍｏｄｅｌｏｆＦＬＵＥＮＴｓｏｆｔｗａｒｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｅａｃｈｏｎｃｏｎｖｅｒｅｎｃｅｗｅｒｅｄｉｓｃｒｅｔｅｈａｓｅａｓｏｗｄｅｒｇｐｇｐｓｔｕｄｉｅｄｒｅｓｅｃｔｉｖｅｌｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｒａｎｅｏｆｅａｃｈｆｌｏｗｒａｔｅ．Ｔｈｅｎｔｈｅｏｔｉｍａｌｍｉｘｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｏｆａｓｐｙｇｐｐｇａｓｕｉｄｅｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｒｏｕｔｅｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｏｒｔｈｏｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｇｇｇｇｐｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｎｃｏｎｖｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｒｅｅ－ｒｏｕｔｅｗｅｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｈｉｎｄｉｒｅｃｔｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｏｗｄｅｒａｓｇｇｐｇ：ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｅｓ．ｐ：；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｌａｓｅｒｄｉｒｅｃｔｍｅｔａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｃｏａｘｉａｌｏｗｄｅｒｆｅｅｄｉｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｈｒｅｅ－ｇｐｇｙｒｏｕｔｅａｓｆｌｏｗｇ
ε 方程
（ｕ ε ｉ）ｔ［ ε］ ρ μ （＝＋ μ＋ σ ）ｘｘｘｉ ε ｊｊ
Ｃ１
ε ε Ｇｋ－Ｃ２ ρｋｋ
２
（）２
３／；；式中，ｋｍｔ为时间，ｓｋ为湍动能，ｇ ρ 为流体密度，２２２２／；／；／；ｍｓＮ·ｍｓＮ· ｓｍｔ为湍流黏度， μ 为动力黏度， μ
基本控制方程包括连续性方程和动量方程：
２计算结果及分析
２．１评价指标建立如图２所示的坐标系。Ａ、Ｂ、Ｃ三点分
ｋ方程
（ｋｕｋ］ｉ）ｔ［ ρ μ （）＝＋ μ＋ σ ｘｘｘｉｋｊｊ
Ｇ ε－ＹＭｋ＋Ｇｂ－ ρ
（）１
收稿日期：２０１０—０４—０１基金项目：国家重点基础研究发展计划（资助项目９７３计划）（）；；国家自然科学基金资助项目（长２００７ＣＢ７０７７０４５０６７５１７１））江学者和创新团队发展计划资助项目（ＰＣＳＩＲＴ０６４６
１同轴送粉喷嘴气固两相流数值模型
１．１计算模型的选择］同轴送粉时，根据文献［的研究，喷嘴单位９时间内通过截面的颗粒体积与气体体积之比很小，远小于１并且粒子平均间距很大，所以颗０％，粒可以看成是相互孤立的，颗粒间的相互碰撞可以忽略，只考虑流体对粒子的作用。故采用遵循欧拉－拉格朗日方法的离散相模型：气相被处理为连续相，粉末粒子按离散相处理。
。目前，ＬＤＭＭ技术送
３］。由于同轴粉方式主要有同轴送粉和侧向送粉［
送粉方式的粉末流场呈对称分布，在熔覆复杂零
４］，件的过程中，没有方向性的限制［故被广泛采
用。在成形过程中，同轴送粉喷嘴正对熔覆区域，当喷嘴距离熔池较近时，熔覆过程中反弹飞溅的金属粉末和烟尘会进入喷嘴内部的激光通道，对保护镜此不加以控制会造成喷嘴出口发生堵粉、被烟尘污染等问题，直接影响熔覆成形质量，严重时会使熔覆过程无法进行。为了解决上述问题，文献［提出在中路激５－７］光腔内送气来解决粉末反弹及堵粉问题，但中路
别为激光腔气路中心、输送粉末气体出口的中心、外层保护气路的出口中心。通过计算来确定三路送气速度的相对大小关系时，要达到如下目标： ① 通过模拟使得Ａ点处的浓度降低，即使得粉末不再反弹到喷嘴内部； ②在经过三路送气相互作用中心气路不形成负压，三路气的出口压力相差后，小，从而使熔覆过程中的烟尘不能反弹到中路腔中；使粉末浓 ③ 在保证中心气路无反弹的情况下，度最大，以利于激光熔覆及节约材料； ④ 粉末汇聚处的汇聚特性好，即汇集半径要尽可能地小。
０引言
激光金属直接制造（ｌａｓｅｒｄｉｒｅｃｔｍｅｔａｌ，技术是近十几年来兴起ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎＬＤＭＭ）ｇ的一种先进制造技术
［１－２］
气控制不当会影响原有的粉末汇聚特性，对此并