增材制造（3D打印）作为先进制造业的典型代表，为许多产业提供了无限可能，被世界各国广泛关注。但是，同时也存在与此新兴技术相关的某些风险和未知数，如增材制造数字线索面临严重安全隐患，生产工艺过程控制存在诸多安全风险。而金属粉末爆炸爆炸是此类工艺涉及的众多事故隐患类型中较为典型的一种。3D打印的重要材料钛和铝等均是活泼金属，这些材料可燃，因此会像粉尘一样爆炸。曾有研究室与制造企业发生过多起爆炸事故。本书主要针对增材制造（3D打印）工业生产中的工艺与材料安全问题，在介绍3D打印工艺与材料基本知识的基础上，重点分析了增材制造用金属粉末、非金属粉末的的爆炸特征，揭示了金属粉末床熔融制造、激光直接沉积成形制造、电弧增材制造中的风险识别与安全防护技术，阐明了非金属粉末床烧结制造、光固化制造、熔融挤出制造中的风险识别与安全防护技术。
近年来，制造业加速向高端化、智能化发展，增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术凭借其独特优势，在航空航天、汽车制造、医疗器械、能源装备等领域广泛应用。尤其是金属增材制造，以其高精度、复杂结构成型能力，推动了传统制造模式的革新。然而，伴随技术应用的扩展，金属粉尘的爆炸风险成为亟待解决的安全挑战。
金属粉尘因其高比表面积和良好的燃烧特性，容易在特定浓度范围内形成爆炸性混合物，在增材制造的打印、收集、筛分、回收、储存等过程中，还可能因静电积聚、局部过热或氧化反应等引发火灾和爆炸，并危害作业人员安全。因此，科学评估金属粉尘的爆炸特性并采取有效的风险控制措施，已成为增材制造行业面临的关键问题之一。本书旨在为相关领域提供系统的理论分析与实践指导，帮助业界识别和应对这些安全风险。
本书围绕增材制造金属粉尘爆炸风险与控制这一主题，系统梳理了国内外关于金属粉尘爆炸特性的研究进展，探讨了增材制造过程中金属粉末的安全风险，并通过实验与数值模拟相结合的方式深入分析了不同条件下金属粉尘的爆炸敏感性、火焰传播行为及惰化抑制机理。同时，本书还结合现代安全管理方法，提出了一套针对增材制造金属粉末的风险评估体系。希望本书能为从事增材制造、粉尘爆炸防控及相关研究的技术人员、科研工作者、企业安全管理者提供有价值的参考。
全书共分为8章，由北京科技大学孙思衡、黄国忠、庞磊与李超共同撰写。其中，第1章、第4章~第6章、第8章（约17.1万字）由孙思衡撰写完成，第2章、第3章、第7章（约4.5万字）由庞磊撰写完成，李超参与了第2章与第6章的撰写，黄国忠对整本书的撰写给予了指导。
本书的编写工作得到了众多同行专家的指导与支持，在此深表感谢。由于著者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正，以便进一步修改完善。
著者
第1章绪论 001
1.1增材制造的概念与分类001
1.1.1增材制造的定义001
1.1.2增材制造技术的分类002
1.2增材制造粉尘爆炸研究的背景与意义005
1.3增材制造粉尘爆炸研究现状006
1.3.1粉尘爆炸特性研究现状006
1.3.2增材制造用金属粉末研究现状007
1.3.3金属粉尘惰化研究现状009
第2章增材制造行业政策与安全风险分析011
2.1国内外增材制造安全事故案例011
2.2增材制造安全风险辨识013
2.2.1火灾爆炸风险013
2.2.2健康伤害风险014
2.2.3窒息风险014
2.2.4辐射伤害风险015
2.2.5灼烫风险015
2.2.6其他安全风险015
第3章典型增材制造用金属粉尘爆炸特征参数研究017
3.1实验样品017
3.2增材制造用金属粉尘爆炸敏感性实验分析021
3.2.1粉尘云最小点火能量实验研究022
3.2.2粉尘云最低着火温度实验研究024
3.2.3粉尘层最低着火温度实验研究027
3.2.4粉尘云爆炸下限实验研究028
3.3增材制造用金属粉尘爆炸严重性实验分析029
3.4增材制造用金属粉尘的敏感性与严重程度排序033
3.5增材制造用金属粉末风险等级划分033
3.5.1增材制造用金属粉末爆炸敏感性分级033
3.5.2增材制造用金属粉末爆炸严重程度分级034
3.5.3增材制造用金属粉末爆炸风险等级划分依据034
第4章典型增材制造用金属粉尘火焰及影响因素研究035
4.1实验样品 035
4.2分析方法037
4.2.1图像处理037
4.2.2火焰分析040
4.3火焰传播方式045
4.4喷尘压力对火焰特性影响研究046
4.4.1实验方案046
4.4.2结果与分析046
4.5延迟时间对火焰特性影响研究050
4.5.1实验方案050
4.5.2结果与分析050
4.6受限空间密闭状态对火焰特性影响研究053
4.6.1实验方案053
4.6.2结果与分析053
4.7粉尘浓度对火焰特性影响研究057
4.7.1实验方案057
4.7.2结果与分析058
4.8点火能量对火焰特性影响研究060
4.8.1实验方案060
4.8.2结果与分析061
第5章典型惰性粉体对增材制造金属粉尘爆炸抑制研究065
5.1惰性粉体065
5.2CaCO3粉体对典型增材制造用金属粉尘爆炸火焰特性的影响069
5.2.1CaCO3粉体浓度对爆炸火焰特性的影响070
5.2.2CaCO3粉体粒径对爆炸火焰特性的影响073
5.2.3CaCO3粉体浓度对最小点火能量的影响079
5.2.4CaCO3粉体粒径对最小点火能量的影响081
5.2.5CaCO3粉体作用下爆炸特性预测模型082
5.2.6CaCO3粉体浓度和粒径对爆炸特性的影响082
5.3NH4H2PO4粉体对典型增材制造用金属粉尘爆炸的抑制研究087
5.3.1NH4H2PO4粉体浓度对火焰传播的影响087
5.3.2NH4H2PO4粉体粒径对火焰传播距离的影响089
5.3.3NH4H2PO4粉体浓度和粒径对爆炸特性的影响091
5.4NaCl粉体对典型增材制造用金属粉尘爆炸的抑制研究098
5.4.1NaCl粉体浓度对火焰传播的影响098
5.4.2NaCl粉体粒径对火焰传播的影响101
5.4.3NaCl粉体浓度和粒径对爆炸特性的影响104
5.5三种典型惰性粉体抑爆性能的对比研究109
5.5.1三种惰性粉体对典型增材制造用金属粉尘火焰传播的抑制对比109
5.5.2三种惰性粉体浓度和粒径抑制下爆炸超压的对比116
5.5.3惰性粉体及典型增材制造用金属粉尘的热分解特性118
第6章典型增材制造用金属粉尘反应动力学121
6.1软件概述121
6.1.1模拟软件的选择121
6.1.2控制方程122
6.2化学反应动力学模型的建立123
6.2.1模拟模型的建立123
6.2.2Chemkin求解步骤123
6.3铝合金粉尘爆炸模拟124
第7章金属粉尘增材制造安全风险评估129
7.1金属粉尘增材制造安全风险评估指标体系构建129
7.1.1构建原则129
7.1.2指标体系构建130
7.1.3风险评估指标体系分析说明131
7.2金属粉尘增材制造安全风险评估技术134
7.2.1权重确定方法134
7.2.2结构熵权法的原理134
7.2.3指标权重的计算136
7.2.4模糊综合评价法143
7.2.5实证研究144
第8章增材制造用金属粉尘安全管理中存在的问题及对策150
8.1存在的问题150
8.2对策建议153
参考文献159
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