等离子制造技术与增材制造装备.doc

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1、等离子制造技术与增材制造装备曹修全摘要:等离子体制造技术是指利用等离子体作为热源，对零部件进行焊接、切割、增材制造等制造技术的总称。和传统减材制造技术札I比，增材制造技术是指通过增加材料的方式而完成零部件的加工制造。本文从等离子体制造技术出发，先介绍了等离子体制造技术和增材制造装备的发展现状，然后介绍了增材制造存在的问题及解决措施，最后指出了增材制造的发展趋势。关键词:等离子,制造，增材制造PlasmaManufacturingTechnologyandAdditiveManufacturingEquipmentsXiuquanCaoAbstract:Plasmam

2、anufacturingtechnologyisthemanufacturingtechnologybyusingplasmajetasheatsourcetothewelding,cuttingandadditivemanufacturingandsoon.Comparedwiththeconventionalmanufacturingtechnology,theadditivemanufacturingtechnologyaccomplishesthemanufactureofthecomponentsbyaddingmaterials.Thispapersta

3、rtsfromtheplasmamanufacturingtechnology,introducesthedevelopmentstatusoftheplasmamanufacturingtechnologyandadditivemanufacturingtechnologyfirstly,thenintroducestheproblemsoftheadditivemanufacturingtechnologyexistedandthecountermeasures,pointsoutitsdevelopmenttrendslastly.Keywords:Plasm

4、a,manufacturingtechnology,additivemanufacturing引言等离子体是指由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产牛的正负离子组成的离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙小，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。通常根据其宏观温度的高低将等离子体分为热等离子体和冷等离子体。热等离子体⑴主要是指其宏观温度可达几万度甚至更高，其重粒子温度与电子温度接近的平衡态等离子体，常被应用于焊接2、切割⑶、增材制造（代等制造领域。电弧热等离子体是最常用的热等离子体形式，是指通过在一个用于产牛等离子体的装置（被称为等离子体发牛器）的阴阳极施加

5、直流电源,在高能量的作用下将进入等离子体发牛器的工作气体电离成为电子、粒子、离子等组成的高温混合气体，其最高温度可达30000K以上。由于热等离子体具有能量密度高（最高可接近激光）、温度高（基本可以熔化已知的所有材料）、热转换效率高（可达70%以上）、热源设备成木及维修成木低等突出优点，通过近一•百年的发展，已经被广泛的应用于切割、焊接等传统制造加工屮，并取得了相当的研究进展。而在近几年的发展屮，已经有部分科研工作者利用等离子体技术开发出了等离子体增材制造设备。因此，笔者通过查阅国内外文献，对等离子体制造技术和增材制造装备进行了总结性研究。本文首先介绍了等离子体制造

6、技术的发展历程及现状；然后介绍了增材制造装备的发展历程及现状；接着介绍了增材制造技术存在的问题并提出了相应的解决方案；最后笔者提出了自己的见解，指出了增材制造技术的发展趋势。等离子体制造技术19世纪30年代英国的M.法拉第以及其后的J.J.汤姆孙、J.S.E.汤森德等人相继研究气体放电现象，这实际丄是等离子体实验研究的起步吋期。1879年英国的W.克鲁克斯采用“物质第四态”这个名词来描述气体放电管屮的电离气体。1928年美国的I.朗缪尔首先引入等离子体这个名词，等离子体物理学才正式问世。从此开启了等离子体技术研究的新纪元，等离子体技术得到了快速发展。随着等离子体技术

7、的不断发展，其被广泛的应用于各个领域，如加工制造[941纳米材料制备Z叭垃圾处理皿17]等众多领域。等离子体制造属于等离子体技术的诸多早期应用之一，是指利用经机械压缩、口磁压缩、热压缩后形成的等离子体的高温、高能量密度等特性，对零部件进行加工制造，如焊接、切割、增材制造等°1954年，美国UnionCarbide公司的RobertGage发现，经过压缩的屯弧能量更加集屮，电弧温度和射流速度人幅度提高，这种具有高温长弧柱特性的拘束态电弧很快被用丁切割有色金属，随后进一步的实验研究证实这种压缩电弧也可用于焊接，从此开启了等离子体制造技术的新纪元。等离子体制造技术的