增材制造（3D打印）作為先進制造業(yè)的典型代表，為許多產(chǎn)業(yè)提供了無限可能，被世界各國廣泛關注。但是，同時也存在與此新興技術相關的某些風險和未知數(shù)，如增材制造數(shù)字線索面臨嚴重安全隱患，生產(chǎn)工藝過程控制存在諸多安全風險。而金屬粉末爆炸爆炸是此類工藝涉及的眾多事故隱患類型中較為典型的一種。3D打印的重要材料鈦和鋁等均是活潑金屬，這些材料可燃，因此會像粉塵一樣爆炸。曾有研究室與制造企業(yè)發(fā)生過多起爆炸事故。本書主要針對增材制造（3D打�。┕I(yè)生產(chǎn)中的工藝與材料安全問題，在介紹3D打印工藝與材料基本知識的基礎上，重點分析了增材制造用金屬粉末、非金屬粉末的的爆炸特征，揭示了金屬粉末床熔融制造、激光直接沉積成形制造、電弧增材制造中的風險識別與安全防護技術，闡明了非金屬粉末床燒結制造、光固化制造、熔融擠出制造中的風險識別與安全防護技術。
近年來，制造業(yè)加速向高端化、智能化發(fā)展，增材制造（Additive Manufacturing，AM）技術憑借其獨特優(yōu)勢，在航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械、能源裝備等領域廣泛應用。尤其是金屬增材制造，以其高精度、復雜結構成型能力，推動了傳統(tǒng)制造模式的革新。然而，伴隨技術應用的擴展，金屬粉塵的爆炸風險成為亟待解決的安全挑戰(zhàn)。
金屬粉塵因其高比表面積和良好的燃燒特性，容易在特定濃度范圍內(nèi)形成爆炸性混合物，在增材制造的打印、收集、篩分、回收、儲存等過程中，還可能因靜電積聚、局部過熱或氧化反應等引發(fā)火災和爆炸，并危害作業(yè)人員安全。因此，科學評估金屬粉塵的爆炸特性并采取有效的風險控制措施，已成為增材制造行業(yè)面臨的關鍵問題之一。本書旨在為相關領域提供系統(tǒng)的理論分析與實踐指導，幫助業(yè)界識別和應對這些安全風險。
本書圍繞增材制造金屬粉塵爆炸風險與控制這一主題，系統(tǒng)梳理了國內(nèi)外關于金屬粉塵爆炸特性的研究進展，探討了增材制造過程中金屬粉末的安全風險，并通過實驗與數(shù)值模擬相結合的方式深入分析了不同條件下金屬粉塵的爆炸敏感性、火焰?zhèn)鞑バ袨榧岸杌种茩C理。同時，本書還結合現(xiàn)代安全管理方法，提出了一套針對增材制造金屬粉末的風險評估體系。希望本書能為從事增材制造、粉塵爆炸防控及相關研究的技術人員、科研工作者、企業(yè)安全管理者提供有價值的參考。
全書共分為8章，由北京科技大學孫思衡、黃國忠、龐磊與李超共同撰寫。其中，第1章、第4章~第6章、第8章（約17.1萬字）由孫思衡撰寫完成，第2章、第3章、第7章（約4.5萬字）由龐磊撰寫完成，李超參與了第2章與第6章的撰寫，黃國忠對整本書的撰寫給予了指導。
本書的編寫工作得到了眾多同行專家的指導與支持，在此深表感謝。由于著者水平有限，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者批評指正，以便進一步修改完善。
著者
第1章緒論 001
1.1增材制造的概念與分類001
1.1.1增材制造的定義001
1.1.2增材制造技術的分類002
1.2增材制造粉塵爆炸研究的背景與意義005
1.3增材制造粉塵爆炸研究現(xiàn)狀006
1.3.1粉塵爆炸特性研究現(xiàn)狀006
1.3.2增材制造用金屬粉末研究現(xiàn)狀007
1.3.3金屬粉塵惰化研究現(xiàn)狀009
第2章增材制造行業(yè)政策與安全風險分析011
2.1國內(nèi)外增材制造安全事故案例011
2.2增材制造安全風險辨識013
2.2.1火災爆炸風險013
2.2.2健康傷害風險014
2.2.3窒息風險014
2.2.4輻射傷害風險015
2.2.5灼燙風險015
2.2.6其他安全風險015
第3章典型增材制造用金屬粉塵爆炸特征參數(shù)研究017
3.1實驗樣品017
3.2增材制造用金屬粉塵爆炸敏感性實驗分析021
3.2.1粉塵云最小點火能量實驗研究022
3.2.2粉塵云最低著火溫度實驗研究024
3.2.3粉塵層最低著火溫度實驗研究027
3.2.4粉塵云爆炸下限實驗研究028
3.3增材制造用金屬粉塵爆炸嚴重性實驗分析029
3.4增材制造用金屬粉塵的敏感性與嚴重程度排序033
3.5增材制造用金屬粉末風險等級劃分033
3.5.1增材制造用金屬粉末爆炸敏感性分級033
3.5.2增材制造用金屬粉末爆炸嚴重程度分級034
3.5.3增材制造用金屬粉末爆炸風險等級劃分依據(jù)034
第4章典型增材制造用金屬粉塵火焰及影響因素研究035
4.1實驗樣品 035
4.2分析方法037
4.2.1圖像處理037
4.2.2火焰分析040
4.3火焰?zhèn)鞑シ绞?45
4.4噴塵壓力對火焰特性影響研究046
4.4.1實驗方案046
4.4.2結果與分析046
4.5延遲時間對火焰特性影響研究050
4.5.1實驗方案050
4.5.2結果與分析050
4.6受限空間密閉狀態(tài)對火焰特性影響研究053
4.6.1實驗方案053
4.6.2結果與分析053
4.7粉塵濃度對火焰特性影響研究057
4.7.1實驗方案057
4.7.2結果與分析058
4.8點火能量對火焰特性影響研究060
4.8.1實驗方案060
4.8.2結果與分析061
第5章典型惰性粉體對增材制造金屬粉塵爆炸抑制研究065
5.1惰性粉體065
5.2CaCO3粉體對典型增材制造用金屬粉塵爆炸火焰特性的影響069
5.2.1CaCO3粉體濃度對爆炸火焰特性的影響070
5.2.2CaCO3粉體粒徑對爆炸火焰特性的影響073
5.2.3CaCO3粉體濃度對最小點火能量的影響079
5.2.4CaCO3粉體粒徑對最小點火能量的影響081
5.2.5CaCO3粉體作用下爆炸特性預測模型082
5.2.6CaCO3粉體濃度和粒徑對爆炸特性的影響082
5.3NH4H2PO4粉體對典型增材制造用金屬粉塵爆炸的抑制研究087
5.3.1NH4H2PO4粉體濃度對火焰?zhèn)鞑サ挠绊?87
5.3.2NH4H2PO4粉體粒徑對火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x的影響089
5.3.3NH4H2PO4粉體濃度和粒徑對爆炸特性的影響091
5.4NaCl粉體對典型增材制造用金屬粉塵爆炸的抑制研究098
5.4.1NaCl粉體濃度對火焰?zhèn)鞑サ挠绊?98
5.4.2NaCl粉體粒徑對火焰?zhèn)鞑サ挠绊?01
5.4.3NaCl粉體濃度和粒徑對爆炸特性的影響104
5.5三種典型惰性粉體抑爆性能的對比研究109
5.5.1三種惰性粉體對典型增材制造用金屬粉塵火焰?zhèn)鞑サ囊种茖Ρ?09
5.5.2三種惰性粉體濃度和粒徑抑制下爆炸超壓的對比116
5.5.3惰性粉體及典型增材制造用金屬粉塵的熱分解特性118
第6章典型增材制造用金屬粉塵反應動力學121
6.1軟件概述121
6.1.1模擬軟件的選擇121
6.1.2控制方程122
6.2化學反應動力學模型的建立123
6.2.1模擬模型的建立123
6.2.2Chemkin求解步驟123
6.3鋁合金粉塵爆炸模擬124
第7章金屬粉塵增材制造安全風險評估129
7.1金屬粉塵增材制造安全風險評估指標體系構建129
7.1.1構建原則129
7.1.2指標體系構建130
7.1.3風險評估指標體系分析說明131
7.2金屬粉塵增材制造安全風險評估技術134
7.2.1權重確定方法134
7.2.2結構熵權法的原理134
7.2.3指標權重的計算136
7.2.4模糊綜合評價法143
7.2.5實證研究144
第8章增材制造用金屬粉塵安全管理中存在的問題及對策150
8.1存在的問題150
8.2對策建議153
參考文獻159
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