增材制造设计指南/工业控制与智能制造丛书

本书就如何设计零件以从增材制造（AM）所能提供的大收益方面提供一些实用的指导，包括增材制造导论、增材制造工艺、DfAM战略设计注意事项、用于AM零件设计分析和优化的计算工具、零件合并准则、增材制造工夹具设计准则、面向聚合物的增材制造设计、面向金属的增材制造设计、后处理、增材制造的未来等部分。

推荐序一<br/>推荐序二<br/>译者序<br/>前言<br/>致谢<br/>关于作者<br/>缩略词<br/>第1章　增材制造导论 1<br/>1.1　什么是增材制造 2<br/>1.2　增材制造工艺链 4<br/>1.3　增材制造的当前应用 7<br/>1.4　增材制造的优势 8<br/>1.4.1　零件复杂度 8<br/>1.4.2　即时装配 10<br/>1.4.3　零件合并 11<br/>1.4.4　大规模定制 11<br/>1.4.5　设计自由度 12<br/>1.4.6　轻量化 12<br/>1.4.7　按需制造 13<br/>第2章　增材制造技术 15<br/>2.1　材料挤出 16<br/>2.2　材料喷射 19<br/>2.3　黏结剂喷射 21<br/>2.4　薄材叠层 23<br/>2.5　立体光固化 25<br/>2.6　粉末床熔融 28<br/>2.7　定向能量沉积 30<br/>2.8　复合增材制造 32<br/>2.9　增材制造用于零件生产的技术成熟度 32<br/>第3章　DfAM战略性的设计考虑 34<br/>3.1　面向增材制造的设计导论 35<br/>3.2　使用AM为产品增值 36<br/>3.3　设计AM零件的一般指导原则 36<br/>3.3.1　AM设计规则1 36<br/>3.3.2　AM设计规则2 37<br/>3.3.3　AM设计规则3 38<br/>3.3.4　AM设计规则4 38<br/>3.3.5　AM设计规则5 38<br/>3.3.6　AM设计规则6 39<br/>3.3.7　AM设计规则7 39<br/>3.4　避免各向异性的设计 39<br/>3.5　增材制造的经济学 40<br/>3.6　尽量减少打印时间的设计 44<br/>3.7　最小化后处理的设计 46<br/>3.8　利用设计复杂性 53<br/>3.9　功能第一，材料第二 53<br/>3.10　使用拓扑优化或晶格结构 54<br/>第4章　用于增材制造零件设计分析和优化的计算工具 57<br/>4.1　对增材制造使用设计分析的目的 58<br/>4.2　分析AM零件的特殊注意事项 58<br/>4.2.1　材料数据 58<br/>4.2.2　表面处理 58<br/>4.2.3　几何 59<br/>4.2.4　简化几何 59<br/>4.2.5　基于网格的模型与参数化模型 59<br/>4.2.6　几何变形 60<br/>4.3　网格划分 60<br/>4.3.1　参数化模型 60<br/>4.3.2　基于网格的模型 60<br/>4.4　边界条件 60<br/>4.5　优化 61<br/>4.6　拓扑优化 61<br/>4.6.1　目标与约束 61<br/>4.6.2　通用设置 62<br/>4.6.3　后处理和解释结果 62<br/>4.7　参数或尺寸优化 63<br/>4.8　成型工艺仿真 63<br/>4.8.1　逐层仿真 63<br/>4.8.2　扫描模式仿真 63<br/>4.8.3　局限性 64<br/>第5章　零件合并准则 65<br/>5.1　功能设计 66<br/>5.2　材料方面的考虑 67<br/>5.3　紧固件数量 68<br/>5.4　使用传统DFM/DFA中的知识 68<br/>5.5　组装注意事项 69<br/>5.6　活动零件 69<br/>5.7　常识 70<br/>第6章　增材制造工具设计准则 71<br/>6.1　安装夹具和导轨 72<br/>6.2　随形冷却 73<br/>6.3　冷却剂流动策略 74<br/>6.4　冷却流道形状 75<br/>6.5　冷却流道间距 76<br/>6.6　AM工具复合制备方法 76<br/>6.7　缩短工具成型时间 77<br/>第7章　面向聚合物的增材制造设计 79<br/>7.1　各向异性 80<br/>7.2　壁厚 80<br/>7.3　悬垂结构和支撑材料 81<br/>7.4　孔 83<br/>7.5　肋板 83<br/>7.6　避免冗余的材料 84<br/>7.7　小细节和字体大小 85<br/>7.7.1　小细节 85<br/>7.7.2　字体大小 85<br/>第8章　聚合物设计准则 86<br/>8.1　材料挤出设计 87<br/>8.1.1　材料挤出的精度和公差 87<br/>8.1.2　层厚 87<br/>8.1.3　支撑材料 88<br/>8.1.4　填充方式 88<br/>8.1.5　其他考虑 89<br/>8.1.6　特征类型：竖直壁厚 90<br/>8.1.7　特征类型：水平壁面 90<br/>8.1.8　特征类型：支撑材料悬垂角 91<br/>8.1.9　特征类型：带有可溶性支撑的活动零件之间的间隙 91<br/>8.1.10　特征类型：带有可去除支撑材料的活动零件之间的间隙 92<br/>8.1.11　特征类型：竖直圆孔 92<br/>8.1.12　特征类型：圆柱销 93<br/>8.1.13　特征类型：内置螺纹 93<br/>8.2　聚合物粉末床熔融设计 94<br/>8.2.1　粉末床熔融的精度和公差 94<br/>8.2.2　层厚 94<br/>8.2.3　避免大量物料 95<br/>8.2.4　粉末寿命和新粉率 95<br/>8.2.5　特征类型：壁厚 95<br/>8.2.6　特征类型：活动零件之间的间隙 96<br/>8.2.7　特征类型：圆形轮廓通孔 97<br/>8.2.8　特征类型：方形轮廓通孔 97<br/>8.2.9　特征类型：圆柱销 98<br/>8.2.10　特征类型：孔到墙边缘的接近度 98<br/>8.3　立体光固化设计 99<br/>8.3.1　分辨率 99<br/>8.3.2　打印方向 99<br/>8.3.3　支撑材料 100<br/>8.3.4　悬垂 100<br/>8.3.5　各向同性 100<br/>8.3.6　中空零件和树脂去除 101<br/>8.3.7　细节 101<br/>8.3.8　水平桥 101<br/>8.3.9　连接 101<br/>8.3.10　特征类型：壁厚 102<br/>8.3.11　特征类型：圆孔 102<br/>第9章　金属增材制造的设计 103<br/>9.1　金属粉末床熔融的设计准则 104<br/>9.2　粉末床熔融的基础 105<br/>9.3　金属粉末的制造过程 105<br/>9.4　粉末形态（理想的粉末形状） 106<br/>9.5　粉末粒度分布 107<br/>9.6　粉末的其他注意事项 107<br/>9.7　金属AM材料的特性 108<br/>9.8　AM材料中的潜在缺陷 110<br/>9.9　金属AM工艺 111<br/>9.10　受控的混乱 114<br/>9.11　金属AM的现状 115<br/>9.12　拓扑优化 115<br/>9.13　晶格结构 116<br/>9.14　悬垂和支撑材料 120<br/>9.14.1　打印具有较大水平面的零件 121<br/>9.14.2　支撑材料的角度 121<br/>9.14.3　无支撑的角、悬垂和桥 122<br/>9.15　残余应力 124<br/>9.15.1　减少残余应力的设计方法 125<br/>9.15.2　残余应力最小化设计的示例 126<br/>9.16　应力集中 129<br/>9.17　水平孔 130<br/>9.18　设置金属AM打印作业 131<br/>第10章　金属增材制造指南 135<br/>10.1　基于激光粉末床熔融技术的设计 136<br/>10.1.1　特征类型：壁厚 136<br/>10.1.2　特征类型：悬垂角 136<br/>10.1.3　特征类型：活动零件之间的间隙 137<br/>10.1.4　特征类型：竖直方向的槽和圆孔 138<br/>10.1.5　特征类型：竖直方向的凸台和圆柱销 138<br/>10.1.6　特征类型：内置外螺纹 139<br/>10.2　基于电子束熔化技术的设计 139<br/>10.2.1　后处理 140<br/>10.2.2　设计准则 141<br/>10.2.3　特征类型：壁厚 143<br/>10.2.4　特征类型：竖直方向的槽和圆孔 144<br/>10.2.5　特征类型：清除粉末所需的间隙 144<br/>10.2.6　特征类型：螺钉和螺纹 145<br/>10.3　基于金属黏结剂喷射技术的设计 145<br/>10.3.1　收缩 146<br/>10.3.2　零件致密度 146<br/>10.3.3　最重要的设计准则 147<br/>10.3.4　特征类型：壁厚 150<br/>10.3.5　特征类型：悬垂结构 150<br/>10.3.6　特征类型：圆孔 151<br/>10.3.7　特征类型：溢粉孔 151<br/>第11章　增材制造其他注意事项 153<br/>11.1　设计师与机器操作员的合作 154<br/>11.2　健康与安全 154<br/>11.2.1　材料暴露 155<br/>11.2.2　气体监测 155<br/>11.2.3　气体排放 155<br/>11.2.4　物料搬运 155<br/>11.2.5　.危险 156<br/>11.3　增材制造零件认证 156<br/>第12章　后处理 158<br/>12.1　去除支撑材料 160<br/>12.1.1　聚合物 160<br/>12.1.2　金属 162<br/>12.2　聚合物表面处理 168<br/>12.2.1　蒸气平滑 168<br/>12.2.2　滚筒磨光 170<br/>12.2.3　染色 170<br/>12.2.4　涂漆 171<br/>12.2.5　表面纹理化 172<br/>12.2.6　喷砂 173<br/>12.2.7　机加工 173<br/>12.2.8　金属化 173<br/>12.2.9　覆膜 173<br/>12.2.10　水纹 174<br/>12.3　金属表面处理 174<br/>12.3.1　喷丸处理 175<br/>12.3.2　等离子清洗和离子束清洗 175<br/>12.3.3　机加工和打磨 176<br/>12.3.4　磨料流加工 176<br/>12.3.5　阳极氧化 177<br/>12.3.6　等离子喷涂 177<br/>12.3.7　电镀和PVD 177<br/>12.3.8　涂漆 178<br/>12.4　黏结和焊接AM零件 178<br/>12.5　热处理和时效处理 179<br/>12.5.1　残余应力消除 179<br/>12.5.2　热等静压 180<br/>12.5.3　表面硬化和渗氮处理 181<br/>第13章　增材制造的未来 182<br/>13.1　功能梯度材料 183<br/>13.2　生物打印 184<br/>13.3　建筑应用 185<br/>13.4　电子产品打印 186<br/>13.5　纳米打印 187<br/>13.6　食品打印 188<br/>第14章　结束语 190<br/>术语表 192<br/>参考文献和拓展阅读 196