内容介绍

本书主要介绍了多种增材制造技术，以及其在航空方面的应用。共分10章，主要内容包括：金属增材制造材料与工艺.8；非金属增材制造材料与工艺.43；增材制造工艺过程仿真.111；增材制造零件的质量检测.202；民机增材制造技术应用标准.222；增材制造在航空航天领域的应用与发展趋势.288本书可供从事材料学，特别是增材制造方向的本科生、研究生及老师参考使用，也可供从事相关专业的科研院所和企业技术人员参考使用。

前言概述

增材制造的概念是在20世纪80年代后期提出的，我国是在90年代初期开始增材制造的相关研究。经过几十年的发展，增材制造技术已成为一项重要的制造技术，且应用在诸多领域。随着航空航天轻质化、高性能整体结构日趋广泛的应用，对高效、低成本的增材制造研制提出了迫切的要求。增材制造技术可以根据三维设计数据在一台设备上快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，从而实现“自下而上”的“自由制造”，解决了传统工艺难以制造的复杂结构零件，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。同时增材制造技术可极大地提升设计自由度，开展面向增材制造的结构功能一体化设计，对于发挥其技术优势起到关键作用。但应当看到，尽管增材制造技术近年发展迅速，但目前尚未出现大规模的应用。为了适应航空工业的发展，增材制造技术仍面临不少挑战。首先是缺少从应用需求出发、摆脱传统设计的面向增材制造的原创设计，尚未形成面向增材制造的优化设计方法；其次是增材制造产品的大型化、高性能、高可靠性等全方面的提高；最后，航空工业特别是民用航空领域对于产品质量要求极高，增材制造技术作为一种新近涌现出的先进制造技术，其产品的航空适用性有待验证，相关质量控制体系及标准亟待完善。目前，国内相关方面的参考书籍还很少，已有的增材制造资料多偏重技术开发及研究进展，缺少针对航空工业特别是民航领域增材制造的系统性著作，这无形中影响了该技术的发展。本书以作者长期从事航空器设计及材料开发中积累的有关增材制造的研发和应用经验为基础，编写了侧重航空应用的增材制造技术参考书。书中首先深入浅出地介绍了关于金属（第1章）及非金属（第2章）增材制造原料、技术，并对每种技术的研究现状、发展及应用做了详细论述。随后对增材制造技术的尺寸、形状和拓扑优化等结构设计进行了阐述（第3章）。对于产品制造过程中的模拟仿真，本书分别从工艺过程（第4章）和结构设计（第5章）两方面展开，并对国际上流行的主要软件及平台进行逐一解析。针对航空工业特别是民用航空的特殊性，该书分别介绍了用于该领域的增材制造产品的力学性能检测（第6章）、质量检测（第7章）和相关应用标准（第8章）。最后，书中论述了增材制造产品在民用航空适航符合性（第9章）及应用与发展趋势（第10章），并包括了一些实际应用的系统案例。本书由北京科技大学与航空领域的多名知名专家学者共同撰写。北京科技大学作为国内金属材料研究的重点科研单位，依托新金属国家重点实验室、新材料技术研究院、国家材料安全服役中心等国家重点研发平台，是国内最早引入金属增材制造的单位之一。在十多年的研发和应用实践中，充分认识到了增材制造技术未来的前景，并积累了相当的研究经验。近年来，北京科技大学以航空工业特别是商用飞机领域的零部件制造技术为研究目标，以基础和应用研究相结合的产学研创新模式推动以增材制造为代表的先进制造技术发展。本书由张嘉振教授和路新教授负责内容的框架确定及统稿，并由马立敏负责整理，第1章主要由刘建光、张策、谌冬冬和王卫东编写；第2章主要由葛增如、潘宇和孙健卓编写；第3、5章主要由王裕、刘卫、冀广明、刘博文编写；第4章主要由高艺编写；第6章主要由张金玲编写；第7章主要由高运来编写；第8章主要由孙香云、康梓铭编写；第9章主要由彭俊阳、陈鑫编写；第10章主要由刘倩编写。张烨、石越、齐山贺、郑焱午、胡震东、温顺达对本书亦有重要贡献。由于作者水平所限，书中不妥和疏漏之处，希望广大读者和相关从业人员批评指正。

作者简介

路新，女，博士生导师，国家优秀青年基金获得者，新金属材料国家重点实验室兼职教授、北京材料基因工程高精尖创新中心兼职教授。兼任中国材料学会青年委员会理事、中国生物材料学会青年委员会委员、中国金属学会粉末注射成形专业委员会秘书长、北京粉末冶金研究会副理事长。长期从事粉末冶金钛基合金应用基础研究，先后主持和承担国家及省部级等科研项目30余项，发表SCIEI学术论文90余篇，申获国家发明专利20余项。曾获中国有色金属工业科学技术一等奖1项，中国产学研合作创新成果二等奖1项。

目录

1金属增材制造工艺与材料

1.1金属增材制造技术

1.1.1增材制造技术简介

1.1.2激光选区熔化技术

1.1.3电子束选区熔化技术

1.1.4激光金属沉积技术

1.1.5电子束沉积成形技术

1.1.6电弧增材制造技术

1.1.7其他增材制造技术

1.2金属粉末

1.2.1金属粉末制备技术

1.2.2金属粉末表征与标准

2非金属增材制造工艺与材料

2.1非金属增材制造工艺介绍

2.1.1激光选区烧结

2.1.2熔融沉积快速成形

2.1.3光固化成形工艺

2.1.4黏结剂喷射成形工艺

2.2非金属增材制造材料

2.2.1工程塑料

2.2.2复合材料

2.2.3其他材料

3增材制造结构优化设计

3.1结构优化设计概述

3.1.1工程结构优化

3.1.2优化设计基本概念

3.2结构优化设计分类

3.2.1尺寸优化

3.2.2形状优化

3.2.3拓扑优化

3.3结构优化设计原则

3.3.1零件方向

3.3.2尺寸控制

3.3.3表面状态

3.3.4支撑结构

3.3.5粉末去除

3.4拓扑优化设计方法

3.4.1拓扑优化概述

3.4.2拓扑优化设计案例

3.4.3拓扑优化在航空航天的应用案例

3.5点阵优化设计方法

3.5.1点阵优化概述

3.5.2点阵优化设计案例

3.6仿生优化设计方法

4增材制造工艺过程仿真

4.1热源输入

4.2熔池特征

4.3微观组织

4.4温度场

4.5残余应力和变形

4.6金属增材制造仿真平台

4.6.1ESI Additive Manufacturing

4.6.2ANSYS Additive Suite

4.6.3Simufact Additive

4.6.4Altair 3D Printing

4.6.5Netfabb Local Simulation

4.6.6VIRFAC IAM

4.6.7Amphyon

4.6.8FLOW-3D

4.6.9Siemens NX

4.6.10Dassault Systèmes

4.6.11COMSOL

4.6.12ESCAAS

4.7非金属增材制造仿真平台

4.7.1Digimat

4.7.2GENOA 3DP

5增材制造结构设计仿真

5.1达索（Dassault）优化设计平台

5.1.1优化设计功能介绍

5.1.2功能和特点

5.1.3一体化的设计-工艺排布-仿真-反变形补偿一体化的环境

5.2澳汰尔（Altair）优化设计平台

5.2.1优化方法

5.2.2支持的响应与优化类型

5.3安世（ANSYS）优化设计平台

5.3.1面向增材的优化设计技术

5.3.2工艺仿真解决方案

5.4西门子（SIEMENS）优化设计平台

5.4.1增材制造的设计

5.4.2增材制造仿真

5.4.3生产运营管理