增材制造：技术、原理及智能化

本书以典型零件增材制造的流程作为划分依据，以增材制造的基本概念和发展历程为出发点，按照金属和非金属两大类材料分别介绍了多种增材制造技术和原理，并重点阐述了增材制造的智能化，包括增材制造材料的结构和功能智能化、工艺和控制过程的智能化、智能控制策略、数字孪生和智能服务等，最后还对增材制造技术的各种应用场景进行了介绍。本书可供从事增材制造的科研人员、工程技术人员参考，也可供高等院校相关专业师生使用。

辛博，工学博士，东北大学机械工程与自动化学院先进制造与自动化技术研究所副教授、博士生导师，中国机械工程学会成组与智能集成技术分会委员会委员。主要研究复杂梯度合金零件的激光增材制造和表面自动磨抛加工技术、自动化装配与连接技术等，主持和参与国家及省部级科研项目10余项，主讲机械制造技术基础（国家一流本科课程）、增材制造技术及其应用等课程。朱立达，工学博士，东北大学机械工程与自动化学院教授、博士生导师，建龙特聘教授，辽宁省CAD/CAM工程中心主任，中国机械工程学会高级会员，中国机械工业金属切削刀具技术协会青年理事，全国机械制造教学研究会理事，全国磨粒加工技术专业委员会委员，中国成组与智能集成技术分会委员会委员。主要研究数字化设计与制造、3D打印及增减材混合加工技术、加工稳定性及智能诊断、超声振动加工及精密加工技术、智能制造与智能机床等，出版国家规划教材、国家特色教材及专著4部，曾入选辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才和“辽宁省百千万人才工程”。盛忠起，工学博士，东北大学机械工程与自动化学院副教授、硕士生导师。主要研究结构优化理论与方法、增材制造技术与应用、智能制造理论与方法、企业数字化转型方法及产品全生命周期管理等，主持和参与国家及省部级科研项目9项，发表高水平论文12篇、获得发明专利授权1项。主讲计算机辅助设计、现代制造系统、制造企业产品生命周期管理、现代CAD技术、机器人系统设计与分析等课程。巩亚东，工学博士，东北大学机械工程与自动化学院教授、博士生导师，国务院特殊津贴获得者，辽宁省教学名师，教育部高等学校机械类专业教学指导委员会秘书长，本科教学工作水平评估专家，国际磨粒技术委员会委员，辽宁省机械工程学会副理事长兼学术委员会秘书长，全国磨粒加工技术专业委员会常务委员，中国机械工程学会生产工程分会和中国刀协切削先进技术研究会常务理事，全国冶金教育学会机械工程学科教学研究会秘书长。主要研究磨削与精密加工、增材与减材制造、微尺度加工及智能制造与装备，出版国家规划教材、专著6部，获国家级教学成果二等奖1项、省部级教学成果奖4项，辽宁省科技进步奖2项。

前言第1章 概述1.1 增材制造的概念1.2 增材制造的发展历程1.2.1 国外发展历程1.2.2 国内发展历程1.3 增材制造的技术特点及发展趋势1.3.1 技术特点1.3.2 发展趋势1.3.3 增材制造的智能化第2章 非金属零件增材制造的原理及方法2.1 非金属零件增材制造方法概述2.1.1 立体光固化成形2.1.2 薄材叠层制造2.1.3 熔融沉积成形2.1.4 激光选区烧结2.1.5 三维喷印成形2.2 非金属零件增材制造用材料2.2.1 不同增材制造工艺对材料的要求2.2.2 高分子材料2.2.3 陶瓷材料2.2.4 纸材2.2.5 型砂和覆膜砂2.2.6 混凝土和石膏2.2.7 纤维复合材料2.3 非金属零件增材制造原材料的制备2.4 非金属零件增材制造工艺缺陷及解决方法2.4.1 阶梯效应2.4.2 翘曲变形2.4.3 尺寸精度和表面完整性较低2.4.4 力学性能不足2.4.5 其他工艺缺陷第3章 金属零件增材制造的原理及方法3.1 金属零件增材制造方法概述3.1.1 激光选区熔化3.1.2 激光熔覆沉积3.1.3 电子束选区熔化3.1.4 电子束/电弧熔丝沉积3.1.5 固态焊增材制造3.2 常用金属零件增材制造辅助技术3.2.1 电磁搅拌辅助增材制造技术3.2.2 超声/微锻辅助增材制造技术3.2.3 增减材复合制造技术3.3 金属零件增材制造用材料3.3.1 自熔性合金3.3.2 钛合金3.3.3 铝合金3.3.4 铜合金3.3.5 高熵合金3.3.6 金属陶瓷3.4 金属零件增材制造原材料的制备3.4.1 金属粉材的制备方法3.4.2 金属粉材的性能测评3.4.3 金属丝材的制备方法3.5 金属零件增材制造工艺缺陷及解决方法3.5.1 气孔3.5.2 裂纹3.5.3 氧化3.5.4 球化3.5.5 飞溅3.5.6 粉末黏附3.5.7 几何变形第4章 增材制造的前处理4.1 增材制造产品的建模方法4.1.1 几何特征建模4.1.2 材料特征建模4.1.3 多尺度建模4.1.4 逆向建模4.2 增材制造模型的标准化4.2.1 STL模型的特点4.2.2 STL模型的文件规则4.2.3 STL模型的缺陷和处理方法4.3 增材制造模型的切片原理及方法4.3.1 增材制造模型的切片原理4.3.2 增材制造模型的切片算法4.4 增材制造模型的扫描原理及方法4.4.1 平行线扫描法4.4.2 轮廓线扫描法4.4.3 分区域扫描法4.4.4 分形扫描法4.4.5 复合扫描法4.4.6 多层多道扫描法第5章 增材制造的后处理5.1 增材制造的后处理工艺规划概述5.1.1 非金属制件的后处理工艺规划5.1.2 金属制件的后处理工艺规划5.2 常用增材制造后处理工艺5.2.1 剥离工艺5.2.2 热处理工艺5.2.3 表面处理工艺5.3 增材制造质量评价标准5.4 常用增材制造缺陷检测技术5.4.1 X射线检测5.4.2 超声检测5.4.3 声发射检测5.4.4 高速摄像检测5.4.5 计算机断层成像检测5.4.6 红外测温/热像检测5.4.7 磁探伤检测第6章 增材制造技术的智能化6.1 增材制造材料的结构和功能智能化6.1.1 结构设计智能化6.1.2 材料功能智能化6.2 增材制造工艺和控制过程的智能化6.2.1 熔池监控的智能化6.2.2 材料输送监控的智能化6.2.3 成形环境监控的智能化6.3 增材制造的智能控制策略6.3.1 专家系统控制6.3.2 神经网络控制6.3.3 智能自适应控制6.3.4 机器学习/深度学习控制6.4 增材制造过程的数字孪生6.4.1 增材制造过程的数字孪生建模6.4.2 增材制造过程的数值仿真6.4.3 增材制造过程的数字线程6.5 增材制造的智能服务6.5.1 增材制造云服务平台6.5.2 增材制造的预测性维护和健康管理第7章 增材制造技术的应用7.1 航空航天领域的应用7.1.1 飞机结构件的增材制造7.1.2 航空发动机/燃气轮机的增材制造7.1.3 航天器零部件的增材制造7.1.4 太空增材制造7.2 船舶领域的应用7.3 车辆领域的应用7.3.1 汽车功能性零部件的增材制造7.3.2 汽车内外饰零部件的增材制造7.4 生物医疗领域的应用7.4.1 组织器官的增材制造7.4.2 药物的增材制造附录增材制造术语（部分摘自GB/T 35351—2017）参考文献