本書全面、深入地介紹了增材制造（3D打�。┙饘俜蹓m爆炸風(fēng)險的辨識評估、爆炸特征、影響因素與爆炸抑制技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容。全書重點(diǎn)介紹了增材制造金屬粉塵爆炸的特征參數(shù)、爆炸火焰、粉體抑爆實(shí)驗(yàn)研究、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模擬及安全風(fēng)險評估模型等，詳細(xì)說明了增材制造金屬粉塵爆炸的各種防控技術(shù)，旨在引導(dǎo)讀者系統(tǒng)地掌握增材制造金屬粉塵爆炸的風(fēng)險、特征及對應(yīng)的防范措施。本書可作為增材制造行業(yè)的管理人員、技術(shù)人員、使用維修人員等的培訓(xùn)教材，也可供爆炸安全防控領(lǐng)域的技術(shù)服務(wù)人員參考，還適合高等院校安全、消防、材料、機(jī)械加工等相關(guān)專業(yè)的師生參考。
增材制造（3D打�。┳鳛橄冗M(jìn)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(guān)注。但是，同時也存在與此新興技術(shù)相關(guān)的某些風(fēng)險和未知數(shù)，如增材制造數(shù)字線索面臨嚴(yán)重安全隱患，生產(chǎn)工藝過程控制存在諸多安全風(fēng)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(chǔ)上，重點(diǎn)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(fēng)險識別與安全防護(hù)技術(shù)，闡明了非金屬粉末床燒結(jié)制造、光固化制造、熔融擠出制造中的風(fēng)險識別與安全防護(hù)技術(shù)。
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(shù)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢，在航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械、能源裝備等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。尤其是金屬增材制造，以其高精度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型能力，推動了傳統(tǒng)制造模式的革新。然而，伴隨技術(shù)應(yīng)用的擴(kuò)展，金屬粉塵的爆炸風(fēng)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(yīng)等引發(fā)火災(zāi)和爆炸，并危害作業(yè)人員安全。因此，科學(xué)評估金屬粉塵的爆炸特性并采取有效的風(fēng)險控制措施，已成為增材制造行業(yè)面臨的關(guān)鍵問題之一。本書旨在為相關(guān)領(lǐng)域提供系統(tǒng)的理論分析與實(shí)踐指導(dǎo)，幫助業(yè)界識別和應(yīng)對這些安全風(fēng)險。
本書圍繞增材制造金屬粉塵爆炸風(fēng)險與控制這一主題，系統(tǒng)梳理了國內(nèi)外關(guān)于金屬粉塵爆炸特性的研究進(jìn)展，探討了增材制造過程中金屬粉末的安全風(fēng)險，并通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)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(jī)理。同時，本書還結(jié)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(fēng)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(guān)研究的技術(shù)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(xué)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(dǎo)。
本書的編寫工作得到了眾多同行專家的指導(dǎo)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(jìn)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(shù)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(fēng)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(fēng)險辨識013
2.2.1火災(zāi)爆炸風(fēng)險013
2.2.2健康傷害風(fēng)險014
2.2.3窒息風(fēng)險014
2.2.4輻射傷害風(fēng)險015
2.2.5灼燙風(fēng)險015
2.2.6其他安全風(fēng)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(shí)驗(yàn)樣品017
3.2增材制造用金屬粉塵爆炸敏感性實(shí)驗(yàn)分析021
3.2.1粉塵云最小點(diǎn)火能量實(shí)驗(yàn)研究022
3.2.2粉塵云最低著火溫度實(shí)驗(yàn)研究024
3.2.3粉塵層最低著火溫度實(shí)驗(yàn)研究027
3.2.4粉塵云爆炸下限實(shí)驗(yàn)研究028
3.3增材制造用金屬粉塵爆炸嚴(yán)重性實(shí)驗(yàn)分析029
3.4增材制造用金屬粉塵的敏感性與嚴(yán)重程度排序033
3.5增材制造用金屬粉末風(fēng)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(yán)重程度分級034
3.5.3增材制造用金屬粉末爆炸風(fēng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案046
4.4.2結(jié)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(shí)驗(yàn)方案050
4.5.2結(jié)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(shí)驗(yàn)方案053
4.6.2結(jié)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(shí)驗(yàn)方案057
4.7.2結(jié)果與分析058
4.8點(diǎn)火能量對火焰特性影響研究060
4.8.1實(shí)驗(yàn)方案060
4.8.2結(jié)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(diǎn)火能量的影響079
5.2.4CaCO3粉體粒徑對最小點(diǎn)火能量的影響081
5.2.5CaCO3粉體作用下爆炸特性預(yù)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(yīng)動力學(xué)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(xué)反應(yīng)動力學(xué)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(fēng)險評估129
7.1金屬粉塵增材制造安全風(fēng)險評估指標(biāo)體系構(gòu)建129
7.1.1構(gòu)建原則129
7.1.2指標(biāo)體系構(gòu)建130
7.1.3風(fēng)險評估指標(biāo)體系分析說明131
7.2金屬粉塵增材制造安全風(fēng)險評估技術(shù)134
7.2.1權(quán)重確定方法134
7.2.2結(jié)構(gòu)熵權(quán)法的原理134
7.2.3指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算136
7.2.4模糊綜合評價法143
7.2.5實(shí)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(xiàn)159
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