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國家出版基金項目，近百位高校、業(yè)內(nèi)專家傾力打造

內(nèi)容簡介

增材制造技術(shù)全面系統(tǒng)地介紹了增材制造技術(shù)的原理與方法，包括增材制造技術(shù)概述、增材制造技術(shù)的核心元器件、激光選區(qū)燒結(jié)、激光選區(qū)熔化、光固化成形、熔融沉積成形、三維印刷成形、電子束選區(qū)熔化、激光近凈成形、電弧熔絲增材制造等技術(shù)，以及這些技術(shù)的應(yīng)用案例。本書具有系統(tǒng)性、全面性、普遍性和新穎性，圖文并茂，既有理論研究，也有實際應(yīng)用，是一本對增材制造技術(shù)的研究和應(yīng)用極具實用價值的參考書。

作者簡介

史玉升，曾任華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點實驗室副主任，華中科技大學(xué)材料學(xué)院副院長、黨委書記，中央軍委國防科技創(chuàng)新特區(qū)主題專家組首席科學(xué)家等；現(xiàn)任全國增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會專用材料工作組副主任委員、中國航天科技集團有限公司增材制造工藝技術(shù)中心專家委員會主任、數(shù)字化材料加工技術(shù)與裝備國家地方聯(lián)合工程實驗室（湖北）主任、中國機械工程學(xué)會增材制造分會和特種加工分會副主任委員、湖北省3D打印聯(lián)盟理事長等職務(wù)。獲國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎2項、國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎1項、中國十大科技進展1項、中國智能制造十大科技進展1項、各類省部級獎一等獎9項。榮獲發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎人物獎特等獎暨當(dāng)代發(fā)明家、十佳全國優(yōu)秀科技工作者提名獎、國務(wù)院政府特殊津貼、武漢市科技重大貢獻獎個人獎、湖北省五一勞動獎?wù)碌确Q號。領(lǐng)導(dǎo)的團隊入選湖北省和教育部創(chuàng)新團隊。

目錄

第1章增材制造技術(shù)概述

1.1增材制造技術(shù)的基本概念

1.2增材制造技術(shù)產(chǎn)生的背景

1.3增材制造技術(shù)的發(fā)展

1.3.1增材制造技術(shù)在國外的發(fā)展概況

1.3.2增材制造技術(shù)在中國的發(fā)展概況

1.4增材制造技術(shù)的特點

1.5增材制造與制造業(yè)提升

1.5.1增材制造技術(shù)提供制造業(yè)創(chuàng)新原動力

1.5.2增材制造技術(shù)提升制造業(yè)工藝能力

1.5.3增材制造技術(shù)實現(xiàn)制造業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展

1.5.4增材制造技術(shù)催生新的制造模式

1.6增材制造與制造業(yè)創(chuàng)新

1.6.1增材制造先進材料

1.6.2增材制造先進結(jié)構(gòu)

1.6.3增材制造智能構(gòu)件

參考文獻

第2章增材制造技術(shù)的核心元器件

2.1激光器系統(tǒng)

2.1.1激光的基本物理原理

2.1.2CO2激光器

2.1.3固體激光器

2.2振鏡式激光掃描系統(tǒng)

2.2.1振鏡式激光掃描系統(tǒng)基本理論

2.2.2振鏡式激光掃描系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

2.2.3振鏡式激光掃描系統(tǒng)設(shè)計與誤差校正

2.3熔覆噴頭

2.3.1熔覆噴頭光料傳輸耦合原理

2.3.2熔覆噴頭的結(jié)構(gòu)

2.3.3熔覆噴頭控制技術(shù)

2.4微滴噴射系統(tǒng)

2.4.1微噴嘴流道結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.4.2微噴嘴制造技術(shù)

2.4.3微滴噴射系統(tǒng)應(yīng)用實例

參考文獻

第3章激光選區(qū)燒結(jié)

3.1激光選區(qū)燒結(jié)原理

3.1.1激光選區(qū)燒結(jié)成形原理

3.1.2激光燒結(jié)機制

3.2激光選區(qū)燒結(jié)裝備

3.3激光選區(qū)燒結(jié)材料及其成形工藝

3.3.1結(jié)晶態(tài)高分子材料及其成形工藝

3.3.2非晶態(tài)高分子材料及其成形工藝

3.3.3覆膜砂及其成形工藝

3.3.4陶瓷基粉末材料及其成形工藝

3.4激光選區(qū)燒結(jié)應(yīng)用實例

參考文獻

第4章激光選區(qū)熔化

4.1激光選區(qū)熔化原理

4.2激光選區(qū)熔化裝備

4.3激光選區(qū)熔化材料及其成形工藝

4.3.1模具鋼材料及其成形工藝

4.3.2鈦合金材料及其成形工藝

4.3.3鋁合金材料及其成形工藝

4.3.4鎳合金材料及其成形工藝

4.3.5金屬基復(fù)合材料及其成形工藝

4.4激光選區(qū)熔化應(yīng)用實例

參考文獻

第5章光固化成形

5.1光固化成形原理

5.1.1激光掃描光固化

5.1.2面曝光光固化

5.2光固化成形裝備

5.2.1激光掃描光固化裝備

5.2.2面曝光光固化裝備

5.3光固化材料及其成形工藝

5.3.1光固化材料性能要求

5.3.2光固化材料的組成成分

5.3.3光固化成形工藝過程

5.4光固化應(yīng)用實例

參考文獻

第6章熔融沉積成形

6.1熔融沉積成形原理

6.1.1熔融沉積成形的工藝原理

6.1.2熔融沉積成形系統(tǒng)的噴頭

6.1.3熔融沉積成形過程

6.2熔融沉積成形裝備

6.2.1國外熔融沉積成形裝備

6.2.2國內(nèi)熔融沉積成形裝備

6.3熔融沉積成形材料及其成形工藝

6.3.1熔融沉積成形材料

6.3.2熔融沉積成形工藝

6.4熔融沉積成形應(yīng)用實例

6.4.1汽車工業(yè)領(lǐng)域

6.4.2航空航天領(lǐng)域

6.4.3醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域

6.4.4教育教學(xué)領(lǐng)域

6.4.5食品加工領(lǐng)域

6.4.6其他領(lǐng)域

參考文獻

第7章三維印刷成形

7.1三維印刷成形原理

7.1.1三維印刷成形的原理

7.1.2三維印刷成形的成形過程

7.2三維印刷成形裝備

7.2.1三維印刷成形裝備的構(gòu)成

7.2.2三維印刷成形系統(tǒng)的關(guān)鍵部件——噴嘴

7.2.3三維印刷成形的工業(yè)裝備

7.3三維印刷成形數(shù)據(jù)處理技術(shù)

7.3.1三維印刷成形數(shù)據(jù)處理格式文件選擇

7.3.2三維印刷成形工藝的三維CAD建模

7.3.3三維CAD模型分層切片

7.4三維印刷成形材料及其成形工藝

7.4.1三維印刷成形材料

7.4.2三維印刷成形工藝

7.5三維印刷成形應(yīng)用實例

7.5.1三維印刷成形在考古與古生物學(xué)方面的應(yīng)用

7.5.2三維印刷成形在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

7.5.3三維印刷成形在建筑、工業(yè)等方面的應(yīng)用

7.5.4三維印刷成形在娛樂方面的應(yīng)用

參考文獻

第8章激光近凈成形

8.1激光近凈成形原理及其成形工藝

8.2激光近凈成形裝備

8.3激光近凈成形材料

8.4激光近凈成形應(yīng)用實例

8.4.1激光近凈成形技術(shù)的航空應(yīng)用

8.4.2激光近凈成形技術(shù)制造C919飛機機翼緣條案例解析

參考文獻

第9章電子束選區(qū)熔化

9.1電子束選區(qū)熔化原理

9.2電子束選區(qū)熔化裝備

9.2.1電子束選區(qū)熔化裝備的結(jié)構(gòu)

9.2.2電子束選區(qū)熔化裝備的發(fā)展概況

9.3電子束選區(qū)熔化材料及其成形工藝

9.3.1鈦合金材料及其成形工藝

9.3.2鎳基高溫合金材料及其成形工藝

9.3.3銅和銅合金材料及其成形工藝

9.3.4鈦鋁基金屬化合物材料及其成形工藝

9.3.5其他金屬材料及其成形工藝

9.4電子束選區(qū)熔化應(yīng)用實例

9.4.1航空航天領(lǐng)域

9.4.2醫(yī)療植入體

9.4.3材料研發(fā)

參考文獻

第10章電弧熔絲增材制造

10.1電弧熔絲增材制造原理

10.2電弧熔絲增材制造裝備

10.3電弧熔絲增材制造材料及其成形工藝

10.3.1電弧熔絲增材制造材料

10.3.2電弧熔絲增材成形工藝

10.4電弧熔絲增材制造應(yīng)用實例

10.4.1電弧熔絲增材制造應(yīng)用實例1

10.4.2電弧熔絲增材制造應(yīng)用實例2

10.4.3電弧熔絲增材制造應(yīng)用實例3

參考文獻

第11章電子束熔絲增材制造數(shù)值模擬

11.1電子束熔絲增材制造

11.2電子束熔絲增材制造流動與傳熱數(shù)學(xué)模型

11.2.1傳熱與流動方程

11.2.2熱源模型

11.2.3自由界面追蹤

11.2.4邊界條件

11.3電子束熔絲增材流動與傳熱耦合動力學(xué)行為

11.4物理因素對電子束熔絲增材材料過渡行為的影響

11.4.1動力學(xué)因素

11.4.2工藝參數(shù)

11.5小結(jié)

參考文獻

第12章增材制造數(shù)據(jù)處理及工藝規(guī)劃軟件

12.1STL文件——增材制造的主流數(shù)據(jù)輸入格式

12.1.1STL模型的表示方法

12.1.2STL文件的存儲格式

12.1.3STL文件的一致性規(guī)則及錯誤

12.1.4STL文件的錯誤處理方法

12.1.5STL格式的優(yōu)缺點及其改進格式

12.2增材制造的信息處理流程

12.2.1二維層面數(shù)據(jù)生成方法

12.2.2STL文件的切片技術(shù)

12.2.3增材制造中的曲面分層技術(shù)

12.2.4增材制造中的支撐生成技術(shù)

12.2.5不同增材制造工藝的加工路徑生成方法

12.2.6切片輪廓的偏置算法

12.2.7變網(wǎng)格劃分算法

12.2.8增材制造路徑優(yōu)化中的便宜算法

12.2.9增材制造路徑規(guī)劃策略

12.3增材制造軟件介紹

12.3.1通用增材制造軟件

12.3.2專用增材制造軟件

12.3.3專用增材制造軟件——PowerRP簡介

參考文獻

第13章增材制造中的光學(xué)三維測量技術(shù)

13.1光學(xué)三維測量技術(shù)在增材制造中的應(yīng)用

13.1.1光學(xué)三維測量技術(shù)的應(yīng)用

13.1.2增材制造過程中的在線檢測應(yīng)用實例

13.2結(jié)構(gòu)光三維測量原理

13.2.1引言

13.2.2面結(jié)構(gòu)光測量原理簡介

13.3結(jié)構(gòu)光三維測量實例

參考文獻

第14章4D打印技術(shù)

14.14D打印的內(nèi)涵

14.1.1智能構(gòu)件與4D打印技術(shù)

14.1.24D打印技術(shù)的產(chǎn)生

14.1.3對4D打印構(gòu)件“三變”的進一步理解

14.24D打印技術(shù)的研究現(xiàn)狀

14.34D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

14.44D打印關(guān)鍵技術(shù)

14.54D打印材料及其成形工藝

14.5.1Cu-Al-Ni形狀記憶合金及其成形工藝

14.5.2Cu-Zn-Al形狀記憶合金及其成形工藝

14.5.3丙烯酸酯體系形狀記憶聚合物及其成形工藝

14.6展望

參考文獻

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前言/序言

增材制造是一項集機械、材料、計算機、控制、光電、信息等學(xué)科于一體的數(shù)字化、智能化制造技術(shù)，包括3D打?。ㄈS幾何空間： X+Y+Z）、4D打?。?D打印+時空）、5D打?。?D打印+生命）、6D打?。?D打印+意識）等。其中： 3D打印可成形任意復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)/功能構(gòu)件； 4D打印可成形可控的智能構(gòu)件； 5D打印可成形可控的生命器官； 6D打印可成形可控的智慧物體。

增材制造技術(shù)的優(yōu)勢在于突破了傳統(tǒng)制造技術(shù)在材料、尺度、結(jié)構(gòu)、功能、智能、生命、智慧等方面的復(fù)雜性，必將對各行各業(yè)帶來深遠的影響。從理論上來說，增材制造技術(shù)可成形任何材料、可成形任何物體、可應(yīng)用于任何領(lǐng)域。相對于傳統(tǒng)制造技術(shù)，增材制造技術(shù)對制造業(yè)創(chuàng)新的意義主要體現(xiàn)在： 提供創(chuàng)新的原動力，提升工藝能力，實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展，催生新的制造模式，創(chuàng)造智能構(gòu)件、生命器官和智慧物體等。

增材制造技術(shù)通過逐層堆積的方式將粉材、絲材、液材和片材等各種形態(tài)的材料成形為三維實體，其發(fā)展雖然只有30余年，但其在復(fù)雜結(jié)構(gòu)/功能構(gòu)件的快速制造、個性化定制等方面已顯示出了明顯優(yōu)勢，因而受到了各國、各行各業(yè)的高度重視。但是，該技術(shù)發(fā)展并不成熟。新工藝、新材料、新裝備不斷涌現(xiàn)，為了更深入地研究增材制造技術(shù)并將其推廣應(yīng)用，培養(yǎng)這方面的科技人才，華中科技大學(xué)組織了一批國內(nèi)長期從事增材制造技術(shù)研究和教學(xué)的科研人員，綜合國內(nèi)外相關(guān)研究成果，撰寫了本書。在撰寫過程中，兼顧了不同知識背景讀者的要求，既保證內(nèi)容新穎、反映最新研究成果，又有理論知識探討和應(yīng)用實例。因此，本書既適用于不同領(lǐng)域的工程技術(shù)人員閱讀，也可作為相關(guān)專業(yè)師生的參考書。

全書分為14章。第1章為概述，簡述增材制造技術(shù)的概念、產(chǎn)生背景、發(fā)展歷程、技術(shù)特點、工藝和材料種類及發(fā)展趨勢； 第2章介紹了增材制造技術(shù)的核心元器件，主要包括激光器、振鏡式激光掃描系統(tǒng)、熔覆噴頭和微噴嘴等關(guān)鍵元器件； 第3～10章介紹了目前得到應(yīng)用的主流增材制造技術(shù)，主要包括激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）、激光選區(qū)熔化（SLM）、光固化成形（SLA）、熔融沉積成形（FDM）、三維印刷成形（3DP）、激光近凈成形（LENS）、電子束選區(qū)熔化（EBM）、電弧熔絲增材制造（WAAM）； 第11章介紹了電子束熔絲增材制造數(shù)值模擬技術(shù)； 第12章介紹了增材制造的數(shù)據(jù)處理與工藝規(guī)劃軟件； 第13章介紹了增材制造中的光學(xué)三維測量技術(shù)； 第14章介紹了智能構(gòu)件增材制造的4D打印技術(shù)。

本書由華中科技大學(xué)史玉升牽頭編寫。具體分工如下： 前言和第1章由華中科技大學(xué)史玉升編寫； 第2章由華中科技大學(xué)文世峰、張鴻海和肖峻峰，廈門理工學(xué)院謝丹和舒霞云，蘇州大學(xué)石世宏編寫； 第3章由華中科技大學(xué)閆春澤和李昭青編寫； 第4章由華中科技大學(xué)魏青松和朱文志，中國地質(zhì)大學(xué)周燕編寫； 第5章由西安交通大學(xué)李滌塵和連芩編寫； 第6章和第7章由南京師范大學(xué)楊繼全和李宗安編寫； 第8章由西北工業(yè)大學(xué)林鑫和于君編寫； 第9章由清華大學(xué)林峰編寫； 第10章由華中科技大學(xué)余圣甫和湯銘鍇編寫； 第11章由華中科技大學(xué)龐盛永編寫； 第12章由華中科技大學(xué)張李超編寫； 第13章由華中科技大學(xué)李中偉和鐘凱編寫； 第14章由華中科技大學(xué)史玉升和宋波編寫。另外，在本書的撰寫過程中，華中科技大學(xué)博士后陳輝、蔡超、李偉，研究生胡仁志、滕慶、張楠、張金良、田健、黨明珠、伍宏志、劉主峰、卓琳蓉、湯桂平等參與了編寫工作。

由于本書涉及多學(xué)科交叉的前沿新技術(shù)，書中難免有疏漏之處，懇請廣大讀者批評指正！

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