神奇的3D打印技術！等離子體金屬3D打印技術！

等離子體的概述：

        等離子體是指由原子及原子團被電離后產生的正負離子組成的離子化氣體狀物質。通常根據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。在一個用于產生等離子體的裝置(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)、熱轉換效率高(可達70%以上)、熱源設備成本及維修成本低等突出優(yōu)點，已經被廣泛應用于切割、焊接、3D打印等制造領域。而在近幾年的發(fā)展中，已經有部分科研工作者利用等離子體技術開發(fā)出了等離子體3D打印設備。

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，由計算機控制三維運動機構和變位機，控制等離子沿預先設定的沉積路徑進行運動軌跡掃描，形成移動的金屬熔池；每完成層熔覆，焊槍根據每層的熔覆厚度上升一定距離，熔融金屬經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、水冷循環(huán)系統(tǒng)、三維運動控制系統(tǒng)及工作臺組成。等離子體金屬3D打印技術主要有以下特點:
（1）設備成本低,運行維護簡單；
（2）對工作環(huán)境要求較低，可適應一一般的工廠環(huán)境；

（3）易于實現自動化。

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，可用于金屬材料的加工。關于等離子體金屬3D打印的研究還處在試驗摸索階段，關于成形工藝的研究相對較多。研究人員研究了脈沖電流強度、占空比、送絲速度、工作臺移動速度、離子氣流量、脈沖頻率等工藝參數對等離子體金屬3D打印制件的影響，以及不同搭接參數對材料性能的影響，發(fā)現沉積軌跡橫截面的寬高比越大，搭接表面平整度越好,抗拉強度和斷后伸長率也越高，且等離子束掃描方向會明顯影響工件的抗拉強度和斷后伸長率，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飾紋件等離子體熔射快速加工技術，研究了基膜特性、射流特性、粉末特性、熔射槍結構、熔射工藝等因素對制件質量的影響，并從理論和試驗兩方面進行了精細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)現層間加強冷卻可使枝晶臂變小，從而使制件拉伸性能提高；制件經980℃固溶退火加時效直接處理后，相對常規(guī)鍛造試樣，顯示出近似的抗拉強度、更高的屈服強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進行了初步研究，他們認為仍需在專用材料和相關控制軟件開發(fā)的組織性能等方面進行深入的研究。還對等離子體溶積系統(tǒng)組成、工藝參數控制、送粉方式、試驗參數、直接成形零件的組織結構特點進行研究，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打印技術在航空航天領域的到了廣泛的應用，可以應用到波音的787飛機上。等離子體3D打印技術可以將零件成本降低30%，從而降低能耗，較少材料的浪費，可以縮短生產周期。等離子體還進行了A350飛機上的鈦合金零件生產、航空航天零部件，包括機身、搭架、機艙和機翼部件，預計至少有30%的零件可以通過等離子體3D打印設備進行生產制造。