本書J如何設計零件以從增材制造（AM）所能提供的Z大收益方面提供一些實用的指導，包括增材制造導論、增材制造工藝、DfAM戰略設計注意事項、用於AM零件設計分析和優化的計算工具、零件合並準則、增材制造工夾具設計準則、面向聚合物的增材制造設計、面向金屬的增材制造設計、後處理、增材制造的未來等部分。

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譯者序

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縮略詞

D1章 增材制造導論 1

1.1 什麼是增材制造 2

1.2 增材制造工藝鏈 4

1.3 增材制造的D前應用 7

1.4 增材制造的優勢 8

1.4.1 零件復雜度 8

1.4.2 即時裝配 10

1.4.3 零件合並 11

1.4.4 大規模定制 11

1.4.5 設計自由度 12

1.4.6 輕量化 12

1.4.7 按需制造 13

D2章 增材制造技術 15

2.1 材料擠出 16

2.2 材料噴射 19

2.3 黏結劑噴射 21

2.4 薄材疊層 23

2.5 立體光固化 25

2.6 粉末床熔融 28

2.7 定向能量沉積 30

2.8 復合增材制造 32

2.9 增材制造用於零件生產的技術成熟度 32

D3章 DfAM戰略性的設計考慮 34

3.1 面向增材制造的設計導論 35

3.2 使用AM為產品增值 36

3.3 設計AM零件的一般指導原則 36

3.3.1 AM設計規則1 36

3.3.2 AM設計規則2 37

3.3.3 AM設計規則3 38

3.3.4 AM設計規則4 38

3.3.5 AM設計規則5 38

3.3.6 AM設計規則6 39

3.3.7 AM設計規則7 39

3.4 避免各向異性的設計 39

3.5 增材制造的經濟學 40

3.6 盡量減少打印時間的設計 44

3.7 Z小化後處理的設計 46

3.8 利用設計復雜性 53

3.9 功能D一，材料D二 53

3.10 使用拓撲優化或晶格結構 54

D4章 用於增材制造零件設計分析和優化的計算工具 57

4.1 對增材制造使用設計分析的目的 58

4.2 分析AM零件的特殊注意事項 58

4.2.1 材料數據 58

4.2.2 表面處理 58

4.2.3 幾何 59

4.2.4 簡化幾何 59

4.2.5 基於網格的模型與參數化模型 59

4.2.6 幾何變形 60

4.3 網格劃分 60

4.3.1 參數化模型 60

4.3.2 基於網格的模型 60

4.4 邊界條件 60

4.5 優化 61

4.6 拓撲優化 61

4.6.1 目標與約束 61

4.6.2 通用設置 62

4.6.3 後處理和解釋結果 62

4.7 參數或尺寸優化 63

4.8 成型工藝仿真 63

4.8.1 逐層仿真 63

4.8.2 掃描模式仿真 63

4.8.3 局限性 64

D5章 零件合並準則 65

5.1 功能設計 66

5.2 材料方面的考慮 67

5.3 緊固件數量 68

5.4 使用傳統DFM/DFA中的知識 68

5.5 組裝注意事項 69

5.6 活動零件 69

5.7 常識 70

D6章 增材制造工具設計準則 71

6.1 安裝夾具和導軌 72

6.2 隨形冷卻 73

6.3 冷卻劑流動策略 74

6.4 冷卻流道形狀 75

6.5 冷卻流道間距 76

6.6 AM工具復合制備方法 76

6.7 縮短工具成型時間 77

D7章 面向聚合物的增材制造設計 79

7.1 各向異性 80

7.2 壁厚 80

7.3 懸垂結構和支撐材料 81

7.4 孔 83

7.5 肋板 83

7.6 避免冗餘的材料 84

7.7 小細節和字體大小 85

7.7.1 小細節 85

7.7.2 字體大小 85

D8章 聚合物設計準則 86

8.1 材料擠出設計 87

8.1.1 材料擠出的精度和公差 87

8.1.2 層厚 87

8.1.3 支撐材料 88

8.1.4 填充方式 88

8.1.5 其他考慮 89

8.1.6 特征類型：豎直壁厚 90

8.1.7 特征類型：水平壁面 90

8.1.8 特征類型：支撐材料懸垂角 91

8.1.9 特征類型：帶有可溶性支撐的活動零件之間的間隙 91

8.1.10 特征類型：帶有可去除支撐材料的活動零件之間的間隙 92

8.1.11 特征類型：豎直圓孔 92

8.1.12 特征類型：圓柱銷 93

8.1.13 特征類型：內置螺紋 93

8.2 聚合物粉末床熔融設計 94

8.2.1 粉末床熔融的精度和公差 94

8.2.2 層厚 94

8.2.3 避免大量物料 95

8.2.4 粉末壽命和新粉率 95

8.2.5 特征類型：壁厚 95

8.2.6 特征類型：活動零件之間的間隙 96

8.2.7 特征類型：圓形輪廓通孔 97

8.2.8 特征類型：方形輪廓通孔 97

8.2.9 特征類型：圓柱銷 98

8.2.10 特征類型：孔到牆邊緣的接近度 98

8.3 立體光固化設計 99

8.3.1 分辨率 99

8.3.2 打印方向 99

8.3.3 支撐材料 100

8.3.4 懸垂 100

8.3.5 各向同性 100

8.3.6 中空零件和樹脂去除 101

8.3.7 細節 101

8.3.8 水平橋 101

8.3.9 連接 101

8.3.10 特征類型：壁厚 102

8.3.11 特征類型：圓孔 102

D9章 金屬增材制造的設計 103

9.1 金屬粉末床熔融的設計準則 104

9.2 粉末床熔融的基礎 105

9.3 金屬粉末的制造過程 105

9.4 粉末形態（理想的粉末形狀） 106

9.5 粉末粒度分布 107

9.6 粉末的其他注意事項 107

9.7 金屬AM材料的特性 108

9.8 AM材料中的潛在缺陷 110

9.9 金屬AM工藝 111

9.10 受控的混亂 114

9.11 金屬AM的現狀 115

9.12 拓撲優化 115

9.13 晶格結構 116

9.14 懸垂和支撐材料 120

9.14.1 打印具有較大水平面的零件 121

9.14.2 支撐材料的角度 121

9.14.3 無支撐的角、懸垂和橋 122

9.15 殘餘應力 124

9.15.1 減少殘餘應力的設計方法 125

9.15.2 殘餘應力Z小化設計的示例 126

9.16 應力集中 129

9.17 水平孔 130

9.18 設置金屬AM打印作業 131

D10章 金屬增材制造指南 135

10.1 基於激光粉末床熔融技術的設計 136

10.1.1 特征類型：壁厚 136

10.1.2 特征類型：懸垂角 136

10.1.3 特征類型：活動零件之間的間隙 137

10.1.4 特征類型：豎直方向的槽和圓孔 138

10.1.5 特征類型：豎直方向的凸臺和圓柱銷 138

10.1.6 特征類型：內置外螺紋 139

10.2 基於電子束熔化技術的設計 139

10.2.1 後處理 140

10.2.2 設計準則 141

10.2.3 特征類型：壁厚 143

10.2.4 特征類型：豎直方向的槽和圓孔 144

10.2.5 特征類型：清除粉末所需的間隙 144

10.2.6 特征類型：螺釘和螺紋 145

10.3 基於金屬黏結劑噴射技術的設計 145

10.3.1 收縮 146

10.3.2 零件致密度 146

10.3.3 Z重要的設計準則 147

10.3.4 特征類型：壁厚 150

10.3.5 特征類型：懸垂結構 150

10.3.6 特征類型：圓孔 151

10.3.7 特征類型：溢粉孔 151

D11章 增材制造其他注意事項 153

11.1 設計師與機器操作員的合作 154

11.2 健康與安全 154

11.2.1 材料暴露 155

11.2.2 氣體監測 155

11.2.3 氣體排放 155

11.2.4 物料搬運 155

11.2.5 爆炸危險 156

11.3 增材制造零件認證 156

D12章 後處理 158

12.1 去除支撐材料 160

12.1.1 聚合物 160

12.1.2 金屬 162

12.2 聚合物表面處理 168

12.2.1 蒸氣平滑 168

12.2.2 滾筒磨光 170

12.2.3 染色 170

12.2.4 塗漆 171

12.2.5 表面紋理化 172

12.2.6 噴砂 173

12.2.7 機加工 173

12.2.8 金屬化 173

12.2.9 覆膜 173

12.2.10 水紋 174

12.3 金屬表面處理 174

12.3.1 噴丸處理 175

12.3.2 等離子清洗和離子束清洗 175

12.3.3 機加工和打磨 176

12.3.4 磨料流加工 176

12.3.5 陽J氧化 177

12.3.6 等離子噴塗 177

12.3.7 電鍍和PVD 177

12.3.8 塗漆 178

12.4 黏結和焊接AM零件 178

12.5 熱處理和時效處理 179

12.5.1 殘餘應力消除 179

12.5.2 熱等靜壓 180

12.5.3 表面硬化和滲氮處理 181

D13章 增材制造的未來 182

13.1 功能梯度材料 183

13.2 生物打印 184

13.3 建築應用 185

13.4 電子產品打印 186

13.5 納米打印 187

13.6 食品打印 188

D14章 結束語 190

術語表 192

參考文獻和拓展閱讀 196