神奇的3D打印技術(shù)！等離子體金屬3D打印技術(shù)！

等離子體的概述：

        等離子體是指由原子及原子團(tuán)被電離后產(chǎn)生的正負(fù)離子組成的離子化氣體狀物質(zhì)。通常根據(jù)其宏觀溫度的高低將等離子體分為熱等離子體和冷等離子體。電弧熱等離子體是最常用的熱等離子體形式。在一個(gè)用于產(chǎn)生等離子體的裝置(稱為等離子體發(fā)生器)的陰、陽極施加直流電源，在高能量的作用下將進(jìn)人等離子體發(fā)生器的工作氣體電離成為電子、粒子、離子等組成的高溫混合氣體，這就是電弧熱等離子體，其最高溫度可達(dá)30000K以上。熱等離子體由于具有能量密度高(最高可接近激光)、溫度高(基本可以熔化已知的所有材料)、熱轉(zhuǎn)換效率高(可達(dá)70%以上)、熱源設(shè)備成本及維修成本低等突出優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于切割、焊接、3D打印等制造領(lǐng)域。而在近幾年的發(fā)展中，已經(jīng)有部分科研工作者利用等離子體技術(shù)開發(fā)出了等離子體3D打印設(shè)備。

成形原理：

        等離子體金屬3D打印原理為:以等離子體為熱源，熔化金屬基體(或前層熔積金屬)和金屬填充材料，由計(jì)算機(jī)控制三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和變位機(jī)，控制等離子沿預(yù)先設(shè)定的沉積路徑進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡掃描，形成移動(dòng)的金屬熔池；每完成層熔覆，焊槍根據(jù)每層的熔覆厚度上升一定距離，熔融金屬經(jīng)過逐層熔覆形成所需的金屬零件。

等離子體3D打印系統(tǒng)由等離子弧焊過程控制系統(tǒng)、焊接電源、送絲機(jī)、水冷循環(huán)系統(tǒng)、三維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及工作臺(tái)組成。等離子體金屬3D打印技術(shù)主要有以下特點(diǎn):
（1）設(shè)備成本低,運(yùn)行維護(hù)簡單；
（2）對工作環(huán)境要求較低，可適應(yīng)一一般的工廠環(huán)境；

（3）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

成形工藝：

        電弧熱等離子體具有高溫、高電離度、高能量密度及高焰流速度等特點(diǎn)，可用于金屬材料的加工。關(guān)于等離子體金屬3D打印的研究還處在試驗(yàn)摸索階段，關(guān)于成形工藝的研究相對較多。研究人員研究了脈沖電流強(qiáng)度、占空比、送絲速度、工作臺(tái)移動(dòng)速度、離子氣流量、脈沖頻率等工藝參數(shù)對等離子體金屬3D打印制件的影響，以及不同搭接參數(shù)對材料性能的影響，發(fā)現(xiàn)沉積軌跡橫截面的寬高比越大，搭接表面平整度越好,抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率也越高，且等離子束掃描方向會(huì)明顯影響工件的抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率，故而他們提出可針對不同層次采用不同掃描方向來獲得近似各向同性的工件。

        方建成等人提出了一種精細(xì)飾紋件等離子體熔射快速加工技術(shù)，研究了基膜特性、射流特性、粉末特性、熔射槍結(jié)構(gòu)、熔射工藝等因素對制件質(zhì)量的影響，并從理論和試驗(yàn)兩方面進(jìn)行了精細(xì)飾紋件的等離子熔射快速制造加工。研究人員采用脈沖等離子體沉積方法制備出鎳鐵625高溫合金塊體，并研究了不同堆積方式、層間冷卻方式、熱處理方式等對合金塊體的影響，發(fā)現(xiàn)層間加強(qiáng)冷卻可使枝晶臂變小，從而使制件拉伸性能提高；制件經(jīng)980℃固溶退火加時(shí)效直接處理后，相對常規(guī)鍛造試樣，顯示出近似的抗拉強(qiáng)度、更高的屈服強(qiáng)度及稍低的斷后延長率。研究人員對微束等離子熔覆金屬零件直接快速成形金屬技術(shù)進(jìn)行了初步研究，他們認(rèn)為仍需在專用材料和相關(guān)控制軟件開發(fā)的組織性能等方面進(jìn)行深入的研究。還對等離子體溶積系統(tǒng)組成、工藝參數(shù)控制、送粉方式、試驗(yàn)參數(shù)、直接成形零件的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行研究，并指出了成形制件存在的表面精度不高的問題。

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        等離子體3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的到了廣泛的應(yīng)用，可以應(yīng)用到波音的787飛機(jī)上。等離子體3D打印技術(shù)可以將零件成本降低30%，從而降低能耗，較少材料的浪費(fèi)，可以縮短生產(chǎn)周期。等離子體還進(jìn)行了A350飛機(jī)上的鈦合金零件生產(chǎn)、航空航天零部件，包括機(jī)身、搭架、機(jī)艙和機(jī)翼部件，預(yù)計(jì)至少有30%的零件可以通過等離子體3D打印設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)制造。