总序

Foreword

一代装备，一代技术。在航空航天领域，复杂零部件制造面临着诸多挑战。减材或等材制造受工艺装备能力的束缚，产品设计优化空间较小、制造不易，特别是机械加工的材料利用率低，制造周期长、成本高，导致航空航天构件设计与制造出现技术瓶颈。应运而生的增材制造是最具代表性的变革性制造技术之一，为突破传统制造技术瓶颈带来新的希望。

增材制造是基于三维模型数据，采用逐层离散与堆积的方式，将材料逐层堆积并结合在一起，最终形成三维实体的制造技术。通过计算机控制，逐层精准堆积，以此构建出复杂的三维结构。增材制造技术可赋予航空航天产品更大的设计空间，激发更多的设计灵感，开启航空航天制造的新纪元。此外，利用增材制造的工艺优势，还可助力研制耐高温、高强韧、耐腐蚀等各具特点的新型金属材料。目前，在航空航天领域，以激光和电子束为热源的增材制造技术体现出明显优势，例如成形快、精度高、机加少、分区成形、随形退火、梯度成形等，可满足航空航天零部件从精密小型传感器到大型复杂结构件的各种制造需求。

基于增材制造技术的显著优势，其在国内航空航天领域的应用日益广泛，收益越发明显。从初期简单的次承力件应用起步，到大型复杂整体构件关键技术突破，再到目前新概念结构件的创新发展，实现了增材制造技术的规模化应用，取得了显著的型号效应、经济效益和社会效益。

《航空航天增材制造技术与应用丛书》的出版恰逢其时。这是一套为航空航天从业者、研究者打造的宝贵知识宝库。

书中既有增材制造基础理论的系统梳理，又囊括了前沿技术在航空航天各细分领域的应用案例，从材料选择、工艺参数优化到质量检测与控制，深入浅出，条理清晰。它有助于航空航天企业工程师快速掌握增材制造技术精髓，推动其在实际生产中的落地，加速产品迭代升级。对于高校师生和科研人员，丛书是开启科研思路、探索创新应用的钥匙，激发更多原创性成果。同时，它对于行业标准制定、质量管控体系的完善也有重要参考价值，为航空航天增材制造产业的规范化、高质量发展提供帮助。

我衷心期待这套丛书能发挥更广泛的作用，助力航空航天领域持续创新发展，让我国增材制造技术持续领航，书写更加壮丽的篇章。

王向明

王向明，中国工程院院士。

本书主要聚焦航空航天产品中负责流体传热类功能构件的增材制造技术与相应的设计方法，首先介绍航空航天领域中该类构件的广泛应用前景和迫切性能需求，然后简述该类构件工作过程的基本原理，接下来从面向增材制造的设计方法、合适的增材制造工艺、典型的增材制造材料三个方面详述该类构件的基本设计与制造技术，最后以一些已经在航空航天领域应用的重要案例来阐释设计与制造的一体化开发过程，并提出未来可能发展方向。

本书可供航空航天、增材制造、热能工程等领域的科研人员、工程技术人员，以及高等院校相关专业师生参考使用。

目录

Contents

第 1 章 流体与热控类构件的增材制造概述

1.1 流体与热控类构件的应用需求

1.2 流体与热控类构件的技术特点

1.2.1 流体力学和传热学基本理论

1.2.2 构件典型结构

1.2.3 传统制造工艺的局限性

1.3 流体与热控类构件的增材制造

1.3.1 增材制造技术的工艺种类简介

1.3.2 增材制造技术的工艺优势与工艺约束

1.3.3 流体与热控类构件的创新设计

1.3.4 增材制造流体与热控类构件的应用现状

参考文献

第 2 章 面向增材制造的流体与热控类结构优化设计

2.1 增材制造工艺约束

2.1.1 悬垂约束

2.1.2 尺寸约束

2.1.3 不确定度约束

2.1.4 表面粗糙度约束

2.1.5 其他约束

2.2 尺寸优化

2.3 形状优化

2.4 仿生优化技术

2.4.1 仿生优化设计原理

2.4.2 仿生优化设计典型应用

2.5 点阵结构优化设计

2.5.1 点阵结构优化设计原理

2.5.2 点阵结构优化设计具体应用

2.6 拓扑优化设计

2.6.1 拓扑优化设计原理

2.6.2 拓扑优化设计具体应用

2.6.3 考虑增材制造工艺约束的拓扑优化设计及其具体应用

参考文献

第 3 章 增材制造流体与热控类构件的材料选择和性能优化

3.1 金属材料

3.1.1 铁基材料

3.1.2 铝基材料

3.1.3 铜基材料

3.1.4 钛基材料

3.1.5 高温合金材料

3.1.6 难熔合金材料

3.2 高分子材料

3.3 复合材料

3.4 陶瓷材料

参考文献

第 4 章 增材制造流体与热控类构件的成形工艺和后处理

4.1 流体与热控类构件的增材制造关键工艺

4.1.1 选区激光熔融

4.1.2 定向能量沉积

4.1.3 熔融沉积成形

4.1.4 其他增材制造工艺

4.2 流体与热控类构件的后处理工艺

4.2.1 热处理工艺

4.2.2 加工和表面处理工艺

4.3 产品质量控制方法

4.3.1 材料控制

4.3.2 过程控制

4.3.3 设备管理

4.3.4 检测与验证

参考文献

第 5 章 航空航天流体与热控类构件的设计与增材制造一体化案例

5.1 采用 SLM 增材制造工艺

5.1.1 航天蒙皮冷却通道

5.1.2 滑油冷却换热器

5.1.3 航空发动机叶片冷却

5.1.4 均温和热防护用热管

5.1.5 电子（含电池）器件散热结构

5.2 采用定向能量沉积工艺

5.2.1 火箭发动机壁面

5.2.2 火箭燃料贮箱

参考文献

第 6 章 增材制造流体热控类构件发展方向

6.1 新的设计方法

6.1.1 拓扑优化与多尺度梯度点阵耦合优化设计

6.1.2 人工智能算法为流动热控结构优化设计加速赋能

6.2 新材料和新工艺

6.3 质量检测和产品认证方法