特种加工技术

本书系统地介绍了特种加工技术的原理、特点和规律、应用。全书共分为13章。第1章为绪论，对特种加工技术的演变进行了简要介绍。第2～4章依次介绍了电腐蚀加工、激光加工、电子束与离子束加工。第5～10章对前沿热门话题增材制造(3D打印)进行了充分详细的阐述，其中：第5章介绍增材制造各个分类，第6章介绍激光选区熔化的数据处理和路径规划软件，第7章介绍激光熔覆软件，特别是多轴复杂结构的激光熔覆路径规划软件，第8章介绍增材制造模拟拟真，第9章介绍激光选区熔化打印质量缺陷检测，第10章介绍高速激光熔覆。第11～13章分别介绍了超声加工、射流加工、微纳加工。本书每章均配备了一定量的思考题，可扫描每章二维码获取答案。 本书可供从事特种加工技术的科技研究和工程技术人员参阅，也可供高等院校相关专业的本科生和研究生参考学习。

龙雨，男，广西大学机械学院教授、博士生导师，上海交通大学，机械与动力工程学院，本科硕士。美国Clemson University，机械工程，博士。中科院沈阳自动化所，研究员。主要研究方向为：1.激光加工新工艺及装备、新材料设计及制备；2.柔性和仿生机器人及4D打印、生物激光制造及5D打印；3.微纳精密加工及传感；4.数字化设计与制造、数字孪生和预测性维护。

第1章绪论(1) 1.1现代加工技术的发展简史(1) 1.2现代加工技术的地位与分类(5) 1.3现代加工技术的发展趋势(7) 复习思考题(11) 第2章电腐蚀加工技术(12) 2.1电火花加工(12) 2.1.1电火花加工材料去除机理(12) 2.1.2电火花加工的工作状态(14) 2.1.3脉冲电源(15) 2.1.4电极(20) 2.1.5电解液(23) 2.1.6电火花加工工艺(25) 2.2电化学加工(30) 2.2.1电解加工(31) 2.2.2电解液(32) 2.2.3电化学加工工艺(33) 复习思考题(37) 第3章激光加工(38) 3.1激光与激光加工概述(38) 3.1.1激光的产生原理(38) 3.1.2激光的特性(40) 3.1.3激光加工的原理和特点(41) 3.2激光加工的基本设备(42) 3.2.1激光加工设备的组成(42) 3.2.2激光加工常用的激光器(42) 3.3激光安全防护及标准(44) 3.3.1激光的危险性(44) 3.3.2激光防护(45) 3.4激光去除加工(46) 3.4.1激光打孔(46) 3.4.2激光切割(48) 3.4.3激光打标(50) 3.5激光焊接(52) 3.5.1激光热传导焊接(52) 3.5.2激光深熔焊(54) 3.5.3蓝光激光焊接(56) 3.5.4激光焊接应用(58) 3.6激光表面改性技术(59) 3.6.1激光表面改性的特点(59) 3.6.2激光表面改性的分类(60) 3.6.3复合表面改性技术(62) 3.7激光快速成形(64) 3.8激光复合加工技术(67) 3.8.1激光辅助切削技术(67) 3.8.2激光辅助电镀技术(68) 3.8.3激光与步冲复合技术(69) 3.8.4激光复合焊接技术(69) 3.8.5激光与电火花复合加工技术(72) 3.8.6激光与机器人复合加工技术(73) 3.9激光微细加工(74) 3.9.1飞秒激光加工(75) 3.9.2激光诱导原子层加工技术(77) 3.9.3激光制备纳米材料(78) 3.9.4脉冲激光沉积技术(80) 复习思考题(83) 第4章电子束与离子束加工(84) 4.1电子束加工(84) 4.1.1电子束的产生(84) 4.1.2电子束的聚焦和偏转(86) 4.1.3电子束的特点和应用(92) 4.2离子束加工(95) 4.2.1离子束加工的原理、分类和特点(95) 4.2.2离子束加工装置(96) 4.2.3离子束加工的应用(98) 复习思考题(102) 第5章增材制造(103) 5.1增材制造技术简介(103) 5.2光固化(104) 5.2.1工艺原理(104) 5.2.2成形材料(109) 5.2.3优缺点(110) 5.2.4典型应用(110) 5.3材料喷射(111) 5.3.1工艺原理(111) 5.3.2成形材料(113) 5.3.3优缺点(115) 5.3.4典型应用(115) 5.4黏合剂喷射(116) 5.4.1工艺原理(117) 5.4.2成形材料(119) 5.4.3优缺点(119) 5.4.4典型应用(120) 5.5粉末床熔融(121) 5.5.1工艺过程和工艺原理(121) 5.5.2成形材料(123) 5.5.3优缺点(124) 5.5.4典型应用(124) 5.6熔融沉积成形(125) 5.6.1工艺原理(125) 5.6.2成形材料(128) 5.6.3优缺点(130) 5.6.4典型应用(130) 5.7定向能量沉积(133) 5.7.1工艺过程和工艺原理(133) 5.7.2成形材料(134) 5.7.3典型应用(135) 5.8薄材叠层(135) 5.8.1工艺过程和工艺原理(135) 5.8.2成形材料(137) 5.8.3典型应用(137) 复习思考题(138) 第6章激光选区熔化软件(139) 6.1SLM技术与常用软件简介(139) 6.1.1基本流程(139) 6.1.2模型文件格式研究(140) 6.2SLM支撑设计(141) 6.2.1支撑生成一般过程(142) 6.2.2支撑结构设计(143) 6.2.3支撑优化设计(143) 6.3SLM自支撑研究(144) 6.4SLM模型分层(145) 6.4.1SLM模型分层方法(145) 6.4.2SLM模型分层算法(146) 6.5SLM路径填充方式(147) 6.5.1栅格路径填充(147) 6.5.2之字形路径填充(148) 6.5.3分区扫描路径填充(148) 6.5.4螺旋线路径填充(150) 6.5.5轮廓偏置路径填充(151) 6.5.6混合路径填充(152) 6.5.7分形扫描路径填充(152) 6.5.8中轴变换路径填充(153) 6.6SLM路径规划研究新进展(154) 6.7SLM数据处理软件的发展前景(155) 复习思考题(155) 第7章激光熔覆软件(156) 7.1简介(156) 7.2多轴3D打印简介(157) 7.2.1多轴3D打印发展历程(157) 7.2.2多轴3D打印设备(157) 7.3LDMD的工艺规划(162) 7.3.1含模型分割的工艺规划方法(162) 7.3.2无模型分割的工艺规划方法(168) 7.4总结和展望(170) 复习思考题(171) 第8章增材制造模拟仿真(172) 8.1引言(172) 8.2模拟方法(173) 8.2.1宏观数值模拟方法(173) 8.2.2介观尺度模拟方法(177) 8.2.3分子动力学(192) 8.2.4跨尺度模拟方法(193) 8.2.5增材制造的数值模拟的前景(195) 复习思考题(196) 第9章激光选区熔化缺陷检测(197) 9.1激光选区熔化常见缺陷(197) 9.1.1铺粉过程缺陷(197) 9.1.2打印过程缺陷(200) 9.2光学检测技术(208) 9.2.1基于光电二极管的检测(208) 9.2.2基于高温计的检测(210) 9.2.3基于红外成像仪的检测(210) 9.2.4基于高速相机的检测(213) 9.2.5多信号融合检测技术(215) 9.2.6缺陷表面的光学相干成像检测(218) 9.2.7三维形貌的视觉传感检测(219) 9.3超声检测技术(222) 9.3.1常规超声检测(222) 9.3.2相控阵超声检测(222) 9.3.3水浸式超声检测(224) 9.3.4电磁超声检测(224) 9.3.5激光超声检测(225) 9.3.6基于声发射检测(226) 9.4CT检测(229) 9.4.1CT系统(229) 9.4.2工业CT检测(229) 9.4.3X射线高速成像系统(230) 9.4.4SLM集成装置(231) 9.5电磁检测(232) 9.5.1常规涡流检测(232) 9.5.2阵列涡流检测(233) 复习思考题(235) 第10章高速激光熔覆(237) 10.1技术原理、设备(237) 10.1.1技术原理(237) 10.1.2工艺特点(237) 10.1.3设备(238) 10.2工艺参数(239) 10.3熔覆过程的数值模拟(241) 10.4表面涂层性能研究(245) 10.5熔覆材料体系(248) 10.6工业应用(251) 复习思考题(252) 第11章超声加工(253) 11.1超声加工的基本原理(253) 11.1.1超声波的基本概念及其特性(253) 11.1.2超声波的衰减(255) 11.1.3超声波的干涉、衍射(256) 11.1.4超声波的空化效应(256) 11.2超声加工基本原理(256) 11.3典型超声加工系统的组成(257) 11.3.1超声波发生器(257) 11.3.2超声换能器(257) 11.3.3超声变幅杆(259) 11.3.4工具(260) 11.4超声加工的应用(261) 11.4.1超声切削(261) 11.4.2超声表面光整强化(263) 11.4.3超声波焊接(263) 11.4.4超声波增材制造(264) 11.4.5超声钻削(265) 11.4.6超声磨削(266) 11.4.7超声清洗(266) 11.4.8超声复合加工(267) 11.4.9微细超声加工技术(268) 11.4.10旋转超声加工(268) 11.4.11超声加工在医学中的应用(270) 复习思考题(271) 第12章射流加工(273) 12.1水射流加工(273) 12.1.1水射流加工原理(273) 12.1.2水射流加工的特点(274) 12.1.3水射流加工的应用(275) 12.2磨料水射流加工技术(275) 12.2.1磨料水射流加工的概念(275) 12.2.2磨料水射流加工的特点与组成(276) 12.2.3磨料射流加工分类(278) 12.2.4磨料水射流加工的应用(279) 12.2.5磨料水射流复合加工技术(284) 复习思考题(285) 第13章微纳加工(286) 13.1微细加工(286) 13.1.1微细加工概念与分类(286) 13.1.2硅微细加工技术(286) 13.1.3光刻加工技术(288) 13.1.4LIGA技术及准LIGA技术(290) 13.1.5准分子激光微细加工技术(295) 13.1.6生物加工(296) 13.2纳米技术和纳米加工(302) 13.2.1纳米技术概述(302) 13.2.2纳米加工(303) 13.2.3纳米级测量和扫描探针测量技术(305) 13.2.4单原子操纵(310) 13.2.5纳米薄膜沉积(314) 复习思考题(314) 参考文献(315)