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| 編輯推薦： |
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本书为3D打印前沿技术丛书的后续图书，本书由中国科学院沈阳自动化研究所赵吉宾主任牵头撰写，基于作者团队近20年的研究成果，主要对激光熔化沉积技术的工艺、形性调控、软件及装备等相关内容进行研究和论述。主要包括激光沉积组织凝固理论基础、主要工艺及核心设备、专用软件系统、工艺开发及优化方法、过程仿真、过程检测、精度和质量控制方法及无损检测等内容。对丛书增材制造的工程技术人员有一定的帮助。
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| 內容簡介： |
本书基于作者近20年的研究成果，主要对激光熔化沉积技术的工艺、形性调控、软件及装备等相关内容进行研究和论述。主要包括激光沉积组织凝固理论基础、主要工艺及核心设备、专用软件系统、工艺开发及优化方法、过程仿真、过程检测、精度和质量控制方法及无损检测等内容。
本书适合作为高等学校增材专业、机械专业学生，以及增材制造修复技术相关领域研究人员的参考用书。
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| 關於作者： |
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工学博士，研究员，博士生导师，中国科学院机器人与智能制造创新研究院特聘研究员，中国科学院沈阳自动化研究所装备制造技术研究室主任，辽宁省3D打印工艺与装备重点实验室主任。国家科技奖励评审专家，国家增材制造与激光制造重点研究计划指南编写组专家，机械工程学会高级会员，中国自动化学会机器人专业委员会委员，中国机械工程学会增材制造分会第一届委员会委员，全国增材制造标准委员会委员。研究领域包括：增材制造与激光加工技术，视觉测量技术与装备，精密加工技术，数字化设计与制造等。发表学术论文120余篇，申请和授予发明专利30余项，软件注册版权10项；获国防科技进步二等奖1项，辽宁省科技进步和技术发明三等奖各1项。
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| 目錄：
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第1章绪论1
1.1增材制造技术的发展1
1.2激光沉积制造技术的原理和特点3
1.3激光沉积制造技术的发展历史和面临的问题6
参考文献11
第2章激光沉积组织凝固理论基础16
2.1激光与材料的相互作用16
2.2激光沉积制造近快速凝固理论基础18
2.3粉末与激光的相互作用23
2.4熔池的形成与基本特征25
参考文献28
第3章激光沉积制造工艺设备31
3.1激光沉积制造系统方案设计31
3.2激光器系统32
3.3运动执行机构39
3.4送粉系统43
3.5气氛保护系统47
3.6冷却系统 48
3.7光路系统 49
3.8金属激光熔化沉积制造系统方案确定53
参考文献58
第4章增材专用软件系统研究59
4.1增材制造数据处理软件的基本流程59
4.2分层计算过程61
4.3三维模型分层方法研究64
4.4平行扫描路径规划研究83
4.5环形扫描路径规划研究103
参考文献114
第5章激光沉积制造工艺开发及优化方法119
5.1工艺规划设计119
5.2单道单层成形工艺研究123
5.3多道单层搭接成形工艺研究129
5.4单道多层堆积成形工艺研究134
5.5单道多层偏移堆积成形工艺研究138
5.6单道多层扭转堆积成形工艺研究143
5.7多道多层搭接堆积成形工艺研究144
5.8沉积层质量判据148
5.9整体构件的质量判断标准149
5.10后处理工序及设计原则155
参考文献159
第6章激光沉积制造过程
仿真技术分析160
6.1金属增材制造与仿真160
6.2仿真领域国内外现状分析170
6.3激光沉积制造技术仿真相关的概念与算法171
6.4激光沉积制造热应力数学模型与模型建立175
6.5激光沉积制造有限元模型的建立181
6.6基于MSC内核的可视化人机对话系统185
6.7分区成形整体连接在数值模拟中的实现192
参考文献218
第7章激光沉积制造的过程检测222
7.1激光沉积制造过程常用参量分析222
7.2激光沉积制造熔池温度场检测研究232
7.3激光沉积制造应力检测方法255
参考文献275
第8章激光沉积制造过程精度控制方法284
8.1熔深及熔宽的工艺影响机制和控制方法284
8.2搭接率和离焦量的选用和控制方法289
8.3边缘塌陷的预防性控制机制295
8.4成形精度和效率匹配控制策略299
8.5变形检测系统305
参考文献324
第9章激光沉积制造组织、性能及粉末材料332
9.1钛合金简介332
9.2沉积态组织及性能334
9.3激光沉积制造钛合金热处理组织及性能341
9.4激光沉积制造粉末材料363
参考文献372
第10章面向金属增材结构的无损检测技术375
10.1金属增材结构缺陷分析与无损检测应用情况375
10.2金属增材结构的检测标准应用分析382
10.3承压设备用原材料或零部件的超声检测方法和质量分级389
10.4奥林巴斯相控阵超声检测方法与检测实例400
参考文献412
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| 內容試閱：
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总序一
中国制造2025提出通过三个十年的三步走战略，使中国制造综合实力进入世界强国前列。近三十年来，3D打印（增材制造）技术是欧美日等高端工业产品开发、试制、定型的重要支撑技术，也是中国制造业创新、重点行业转型升级的重大共性需求技术。 新的增材原理、新材料的研发、设备创新、标准建设、工程应用，必然引起各国产学研投界的高度关注。
3D打印是一项集机械、计算机、数控、材料等多学科于一体的，新的数字化先进制造技术，应用该技术可以成形任意复杂结构。其制造材料涵盖了金属、非金属、陶瓷、复合材料和超材料等，并正在从3D打印向4D、5D打印方向发展，尺度上已实现8 m构件制造并向微纳制造发展，制造地点也由地表制造向星际、太空制造发展。这些进展促进了现代设计理念的变革，而智能技术的融入又会促成新的发展。3D打印应用领域非常广泛，在航空航天、航海、潜海、交通装备、生物医疗、康复产业、文化创意、创新教育等领域都有非常诱人的前景。中国高度重视3D打印技术及其产业的发展，通过国家基金项目、科技攻关项目、研发计划项目支持3D打印技术的研发推广，经过二十多年培养了一批老中青结合、具有国际化视野的科研人才，国际合作广泛深入，国际交流硕果累累。作为中国制造2025的发展重点，3D打印在近几年取得了蓬勃发展，围绕重大需求形成了不同行业的示范应用。通过政策引导，在社会各界共同努力下，3D打印关键技术不断突破，装备性能显著提升，应用领域日益拓展，技术生态和产业体系初步形成；涌现出一批具有一定竞争力的骨干企业，形成了若干产业集聚区，整个产业呈现快速发展局面。
华中科技大学出版社紧跟时代潮流，瞄准3D打印科学技术前沿，组织策划了本套3D打印前沿技术丛书，并且，其中多部将与爱思唯尔（Elsevier）出版社一起，向全球联合出版发行英文版。本套丛书内容聚焦前沿、关注应用、涉猎广泛，不同领域专家、学者从不同视野展示学术观点，实现了多学科交叉融合。本套丛书采用开放选题模式，聚焦3D打印技术前沿及其应用的多个领域，如航空航天、工艺装备、生物医疗、创新设计等领域。本套丛书不仅可以成为我国有关领域专家、学者学术交流与合作的平台，也是我国科技人员展示研究成果的国际平台。
近年来，中国高校设立了3D打印专业，高校师生、设备制造与应用的相关工程技术人员、科研工作者对3D打印的热情与日俱增。由于3D打印技术仅有三十多年的发展历程，该技术还有待于进一步提高。希望这套丛书能成为有关领域专家、学者、高校师生与工程技术人员之间的纽带，增强作者、编者与读者之间的联系，促进作者、读者在应用中凝练关键技术问题和科学问题，在解决问题的过程中，共同推动3D打印技术的发展。
我乐于为本套丛书作序，感谢为本套丛书做出贡献的作者和读者，感谢他们对本套丛书长期的支持与关注。
卢秉恒，西安交通大学教授，中国工程院院士 2018年11月
总序二
3D打印是一种采用数字驱动方式将材料逐层堆积成形的先进制造技术。它将传统的多维制造降为二维制造，突破了传统制造方法的约束和限制，能将不同材料自由制造成空心结构、多孔结构、网格结构及功能梯度结构等，从根本上改变了设计思路，即将面向工艺制造的传统设计变为面向性能优的设计。3D打印突破了传统制造技术对零部件材料、形状、尺度、功能等的制约，几乎可制造任意复杂的结构，可覆盖全彩色、异质、功能梯度材料，可跨越宏观、介观、微观、原子等多尺度，可整体成形甚至取消装配。
3D打印正在各行业中发挥作用，极大地拓展了产品的创意与创新空间，优化了产品的性能；大幅降低了产品的研发成本，缩短了研发周期，极大地增强了工艺实现能力。因此，3D打印未来将对各行业产生深远的影响。为此，中国制造2025、德国工业4.0、美国增材制造路线图，以及欧洲增材制造战略等都视3D打印为未来制造业发展战略的核心。
基于上述背景，华中科技大学出版社希望由我组织全国相关单位撰写3D打印前沿技术丛书。由于3D打印是一种集机械、计算机、数控和材料等于一体的新型先进制造技术，涉及学科众多，因此，为了确保丛书的质量和前沿性，特聘请卢秉恒、王华明、聂祚仁等院士作为顾问，聘请3D打印领域的著名专家作为编审委员会委员。
各单位相关专家经过近三年的辛勤努力，即将完成20余部3D打印相关学术著作的撰写工作，其中已有2部获得国家科学技术学术著作出版基金资助，多部将与爱思唯尔（Elsevier）联合出版英文版。
本丛书内容覆盖了3D打印的设计、软件、材料、工艺、装备及应用等全流程，集中反映了3D打印领域的新研究和应用成果，可作为学校、科研院所、企业等单位有关人员的参考书，也可作为研究生、本科生、高职高专生等的参考教材。
由于本丛书的撰写单位多、涉及学科广，是一个新尝试，因此疏漏和缺陷在所难免，殷切期望同行专家和读者批评与指正！
史玉升，华中科技大学教授 2018年11月
前言
目前，金属增材制造技术已经成为航空航天、核电及轨道交通领域的常备工艺之一，相关应用案例越来越多。随着增材制造产业发展行动计划20172020年中国制造2025及国家重点研发计划增材制造与激光制造等相关规划及重大项目的逐步实施，我国增材制造技术进入了快速发展阶段。金属增材制造技术是增材制造技术中具前景的热点技术，其应用越来越广泛。在这种大背景下，如何提高激光熔化沉积成形技术的质量稳定性和工艺一致性越来越成为我国学术界和工业界的研究热点。
本书介绍了激光熔化沉积成形技术的历史和发展、原理和特点；研究了激光沉积组织凝固理论基础，包括光粉作用原理、快速熔凝理论等；研究了激光沉积制造工艺设备的构建方法和开发过程；介绍了增材专用软件系统，包括核心算法及软件开发过程；提出了激光沉积制造工艺开发及优化方法，包括工艺规划设计方法、佳工艺优化和获取、熔覆层及整体构件的质量判断标准、后处理工序及设计原则等；分析了激光沉积制造过程仿真技术；研究了激光沉积制造的过程，包括温度场、应力场及变形的检测方法、检测流程及关键参数的过程控制方法等；研究了激光沉积制造过程精度控制方法；分析和论述了激光沉积制造组织、性能及粉末材料；分析了面向金属增材结构的无损检测技术。可以说，本书对激光熔化沉积技术各个技术环节进行了较为全面的介绍，为激光熔化沉积成形的形性调控问题提供了创新、系统的解决方案和途径，具有较为重要的学术及应用价值。
在国内，从事金属增材制造技术研究的科研机构越来越多，从业人员也呈几何指数增加。但目前，与激光熔化沉积技术相关的参考资料和学习材料主要以离散的论文或专利为主，以知识体系式呈现的专业书籍较为缺乏，急需一本全面论述激光熔化沉积技术装备、工艺及软件技术发展的专业书籍来支持学科发展。本书可为提升我国增材制造产业的整体技术水平和市场竞争力提供重要的理论与实践指导。
此外，本书提出的理论方法和实现技术也可应用于航空航天、核电、兵器、轨道交通等领域。本书可为3D 打印工程、机械工程、工业工程、材料工程等相关领域高校的研究生和科研人员提供理论知识，还可为激光增材制造领域的从业人员提供生产指导。
著者
2020年9月
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