神奇的3D打印技术！等离子体金属3D打印技术！

等离子体的概述：

        等离子体是指由原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质。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。电弧热等离子体是最常用的热等离子体形式。在一个用于产生等离子体的装置(称为等离子体发生器)的阴、阳极施加直流电源，在高能量的作用下将进人等离子体发生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，这就是电弧热等离子体，其最高温度可达30000K以上。热等离子体由于具有能量密度高(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)、热源设备成本及维修成本低等突出优点，已经被广泛应用于切割、焊接、3D打印等制造领域。而在近几年的发展中，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3D打印设备。

成形原理：

        等离子体金属3D打印原理为:以等离子体为热源，熔化金属基体(或前层熔积金属)和金属填充材料，由计算机控制三维运动机构和变位机，控制等离子沿预先设定的沉积路径进行运动轨迹扫描，形成移动的金属熔池；每完成层熔覆，焊枪根据每层的熔覆厚度上升一定距离，熔融金属经过逐层熔覆形成所需的金属零件。

等离子体3D打印系统由等离子弧焊过程控制系统、焊接电源、送丝机、水冷循环系统、三维运动控制系统及工作台组成。等离子体金属3D打印技术主要有以下特点:
（1）设备成本低,运行维护简单；
（2）对工作环境要求较低，可适应一一般的工厂环境；

（3）易于实现自动化。

成形工艺：

        电弧热等离子体具有高温、高电离度、高能量密度及高焰流速度等特点，可用于金属材料的加工。关于等离子体金属3D打印的研究还处在试验摸索阶段，关于成形工艺的研究相对较多。研究人员研究了脉冲电流强度、占空比、送丝速度、工作台移动速度、离子气流量、脉冲频率等工艺参数对等离子体金属3D打印制件的影响，以及不同搭接参数对材料性能的影响，发现沉积轨迹横截面的宽高比越大，搭接表面平整度越好,抗拉强度和断后伸长率也越高，且等离子束扫描方向会明显影响工件的抗拉强度和断后伸长率，故而他们提出可针对不同层次采用不同扫描方向来获得近似各向同性的工件。

        方建成等人提出了一种精细饰纹件等离子体熔射快速加工技术，研究了基膜特性、射流特性、粉末特性、熔射枪结构、熔射工艺等因素对制件质量的影响，并从理论和试验两方面进行了精细饰纹件的等离子熔射快速制造加工。研究人员采用脉冲等离子体沉积方法制备出镍铁625高温合金块体，并研究了不同堆积方式、层间冷却方式、热处理方式等对合金块体的影响，发现层间加强冷却可使枝晶臂变小，从而使制件拉伸性能提高；制件经980℃固溶退火加时效直接处理后，相对常规锻造试样，显示出近似的抗拉强度、更高的屈服强度及稍低的断后延长率。研究人员对微束等离子熔覆金属零件直接快速成形金属技术进行了初步研究，他们认为仍需在专用材料和相关控制软件开发的组织性能等方面进行深入的研究。还对等离子体溶积系统组成、工艺参数控制、送粉方式、试验参数、直接成形零件的组织结构特点进行研究，并指出了成形制件存在的表面精度不高的问题。

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        等离子体3D打印技术在航空航天领域的到了广泛的应用，可以应用到波音的787飞机上。等离子体3D打印技术可以将零件成本降低30%，从而降低能耗，较少材料的浪费，可以缩短生产周期。等离子体还进行了A350飞机上的钛合金零件生产、航空航天零部件，包括机身、搭架、机舱和机翼部件，预计至少有30%的零件可以通过等离子体3D打印设备进行生产制造。