激光等离子体的散射作用主要是由于拉曼散射和布里渊散射。发生拉曼散射时,激光和等离子体的电子波相互作用,散射成一个电子波和两个散射电磁波。发生布里渊散射时,激光和等离子体离子波相互作用,散射成离子声波和散射电磁波。但是在激光3D打印过程中,粉末颗粒的尺寸与激光波长更为相近,导致在激光等离子体中,电子波和离子波的散射作用要小于粉末颗粒的散射作用,所以研究粉末颗粒对于激光的散射作用较多。当进入到天体物理或者高能等离子体研究领域时,激光等离子体本身的散射作用才变得不可忽视。
粉末是激光3D打印过程中使用的重要原材料,粉末的加入使得激光喷嘴到工件的区域变得更加复杂。由于激光3D打印技术仍然是一个较为新兴的技术,对这门技术的研究并没有得到充分的细分,具体到激光3D打印过程中的粉末与等离子体的研究数量也并不充足。因此参考了与激光3D打印技术有共通之处的激光熔敷技术。
激光熔覆技术是使用送粉喷嘴将粉末送进或者提前预置粉末,通过激光单层单道或者多层多道进行扫描,使粉末烧灼固化。虽然该技术的加工方向和加工高度都有所限制,但其中采用喷嘴送进粉末、单层单道扫描方式的实验具有一定的参考价值。唐霞辉等人研究了三种粉末材料产生等离子体所需要的临界激光功率。实验使用了CO2激光器,通过分别在Fe、Co、Ni三种材料上扫描探测能否产生等离子体的方法,判断不同材料产生等离子体的临界激光功率。实验测得的Fe在常温下对激光的吸收率为5.5%,且产生等离子体所需的激光临界功率高于其他两种金属。张屹等人采用了CO2激光器对1.6mm厚的镀锌钢板进行搭接焊,加工期间添加了不同量的铜粉,分析铜粉对于等离子体光信号的影响。结果表明添加铜粉后,等离子体的温度震荡显著降低,并且稳定在5000K附近。陈铠等人研究了合金粉末对于CO2激光焊接时焊缝成形和焊接过程稳定性的影响。实验中同样观察到了添加粉末之后等离子体喷发会更加稳定的现象。并且,填充合金粉末之后,铝合金产生等离子体的临界激光功率降低,焊接过程更加稳定、焊缝成形更加良好。哈达等人采用预置粉末的模式,分析了激光等离子体与激光功率、扫描速度、送粉量的关系。实验结果表明,激光等离子体产生的蓝紫光的强度随扫描速度的变化基本不变,随激光功率的变大而变大,随送粉率的增大而先增大后减小。