一、行业研究背景
激光粉末床熔融（PBF-LB/M）生产过程中，粉末剥离（Denudation）、球化、驼峰、未熔合是制约零件致密度与力学性能核心缺陷。传统单主峰高斯激光仅能作用熔道中心，熔道两侧粉末因无热输入大量流失，形成剥离区，多层打印后孔隙持续累积。
基于OPA相干合成（CIVAN CBC）动态光束可生成「主峰+两侧辅助旁瓣」多光场分布，旁瓣可同步辐照熔道两侧粉末。本文搭建50kHz 高速摄像 + 激光扫描高度云图同步耦合表征体系，对比前向/后向双瓣光束，量化旁瓣能量对熔道形貌、缺陷、两侧粉末预烧结的调控规律，提出抑制粉末剥离全新光束调控思路。
图 1整套实验平台与四类双瓣光束：(a) 实验装置：CBC 激光器、50kHz 高速相机、可移动粉末槽基板；(b-e) 四款对称双瓣光束，分为前向 F、后向 B 两种构型，旁瓣距中心主峰约 510μm。
二、整套试验与表征方案
1. 试验基材与工艺
基材：EN AW-6061 铝粉（粒径 20~63μm）、6060 喷砂基板；粉末槽深度 0.1~0.3mm，模拟不同打印层厚；
激光工艺：两组扫描速度 500/1000mm/s，匹配对应 750~2000W 激光功率，统一线能量 1.5/2 J/mm；
光束构型：F12S5、F12S7（前向双瓣，能量分布于熔池前进方向两侧）；B12S5、B12S7（后向双瓣，能量分布熔池尾部两侧）。
2. 双模态同步表征系统
a. 50kHz高速摄像：实时捕捉匙孔蒸汽、飞溅、熔池流动动态；
b. 基恩士激光扫描高度云图（LSM）：离线测量熔道截面宽度、高度、连续性、表面起伏；
c. 时空关联算法：将同一位置高速瞬时熔池行为，与成型后熔道三维形貌一一对应，定位缺陷产生根源。
图 2高速影像与高度云时空耦合分析流程 ：耦合分析完整链路，(a) 高速拍摄熔池瞬时状态；(b) 熔道横向高度轮廓；(c) 熔道光学宏观图；(d) 三维高度云热力图；(e/f) 熔道中心线高度变化曲线，精准匹配动态行为与成型缺陷。
三、核心试验图文结果
1. 光束构型直接决定熔道稳定性
· 前向F系列光束（最优）：旁瓣提前预热前进方向粉末，熔池蒸汽不会遮挡激光光路，熔道连续平整，驼峰、球化缺陷出现位置大幅延后；旁瓣低能量仅实现粉末预烧结，无过度熔化。
图3 前向vs后向熔道高度对比：同等功率速度下 (a) F12S5 前向光束熔道高度波动小、缺陷晚出现；(b) B12S5 后向光束中段提前产生驼峰；(c) 全线高度统计，后向光束误差带更大，成型一致性差。
· 后向 B 系列光束（缺陷高发）：旁瓣位于熔池尾部，汽化蒸汽向前飘散遮挡主峰激光，局部熔合不足；粉末槽加深后快速出现球化、间断熔道、驼峰缺陷。
图 4 厚粉层蒸汽遮挡诱发熔道间断缺陷：厚粉末层工况高速帧 + 高度云对照，蓝色箭头为熔池尾部蒸汽团，遮挡激光后熔道宽度骤缩，形成局部未熔合缺陷。
2. 旁瓣能量实现熔道两侧粉末预烧结，根治粉末剥离
CBC 光束独有的辅助旁瓣能量不足以完全熔化金属粉末，但可使熔道两侧粉末轻度烧结固化，牢牢附着基板：
a. 消除打印过程粉末剥离空洞，减少下一层缺粉带来的孔隙缺陷；
b. 缩小层间温差，抑制边缘晶粒粗大，提升层间结合强度；
c. 仅前向光束可稳定实现大面积侧部预烧结，后向光束受蒸汽干扰预烧结效果微弱。
3. 粉末层厚敏感规律
粉末槽越深（模拟大层厚打印），蒸汽遮挡、球化、间断缺陷越严重；采用前向双瓣光束可显著拓宽可打印层厚工艺窗口，适配大厚度高效LPBF生产。
四、核心研究结论
1. CBC 前向对称双瓣光束是解决 LPBF 粉末剥离、提升熔道连续性优选方案
利用主峰完成熔道冶金结合，两侧辅助旁瓣同步预烧结周边粉末，从源头抑制粉末剥离缺陷；相比传统单高斯光束大幅拓宽稳定工艺窗口。
2. 光束排布方向是缺陷关键控制变量
前向双瓣：蒸汽不遮挡激光，熔池稳定、缺陷滞后；后向双瓣尾部蒸汽干扰光路，极易产生驼峰、未熔合间断熔道，量产优先选用 F 系列光束。
3. 「高速摄像 + 三维高度云图」耦合表征方法，可实现熔池瞬时动力学与最终零件缺陷一一溯源，为 CBC 光束 AI 智能优化提供标准化检测手段。
五、产业化应用展望
1. 铝合金大层厚LPBF打印：前向双瓣光束抑制剥离、减少孔隙，兼顾打印效率与致密度；
2. 梯度性能增材件：可动态切换前/后向光束，分段调控粉末烧结程度与熔道形貌；
3. 智能工艺开发：本文时空耦合表征流程可搭建光束 - 缺陷数据库，用于机器学习反向优化任意 CBC 光场。
