Solid Freeform Fabrication pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:J.J. Beaman

出品人:

页数:344

译者:

出版时间:1996-12-31

价格:USD 249.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780792398349

丛书系列:

图书标签:

• 3D打印
• 增材制造
• 快速原型
• 材料科学
• 工程技术
• 制造工艺
• Solid Freeform Fabrication
• 数字化制造
• 工业设计
• 计算机辅助设计

《固态自由形制造》 一个关于创新、材料科学与未来制造的探索之旅 《固态自由形制造》并非一本浅尝辄止的入门指南，而是一次深入挖掘先进制造技术核心的旅程。本书的目标读者是对材料科学、工程学、设计学以及前沿制造工艺有着深刻兴趣的专业人士、研究人员、工程师、设计师以及充满好奇心的学生。它将带领读者穿越层层技术壁垒，触及当前乃至未来制造领域最激动人心的前沿——固态自由形制造。 本书为何应引起您的关注？ 在传统的制造模式中，我们常常受到材料形态、加工工具以及模具的限制。金属的切削、塑料的注塑、陶瓷的烧结，每一种工艺都伴随着其固有的物理和化学约束。然而，随着科技的飞速发展，一种颠覆性的制造范式正悄然兴起，它打破了这些束缚，赋予了设计师和工程师前所未有的自由度——这就是自由形制造。而本书的聚焦，则更为精细，它深入探讨的是“固态”自由形制造，这其中蕴含着更加精妙的技术挑战与无限的可能性。 “固态”二字，点明了本书的核心。它区别于许多依赖熔融、液化或粉末铺展的传统增材制造技术，如熔融沉积成型（FDM）、选择性激光熔化（SLM）或粘结剂喷射（Binder Jetting）。相反，《固态自由形制造》将目光投向那些能够在材料保持其原有固态结构的条件下，通过巧妙的变形、堆叠、结合或局部改性来实现复杂三维结构的制造方法。这种“固态”的特性，意味着更少的材料相变、更低的能量消耗、更小的热应力影响，以及对材料原有性能的更好保留。这意味着，我们能够制造出性能更优越、结构更精细、应用范围更广泛的复杂零件。 本书将带您深入哪些领域？ 本书的结构设计旨在提供一个全面而深入的视角，从理论基础到实际应用，再到未来展望，层层递进，确保读者能够构建起一个清晰而完整的认知框架。 第一部分：理论基石——理解固态自由形制造的内在逻辑 在开始探索具体工艺之前，理解其背后的科学原理至关重要。本部分将： 回顾材料变形与加工的物理学基础： 深入探讨不同材料在固态下承受应力、形变以及发生可逆或不可逆变化的物理机制。我们将解析屈服强度、弹性模量、塑性流动、应变硬化等关键概念，并阐述它们在固态加工中的作用。 阐述自由形制造的设计哲学： 探讨如何突破传统设计思维，利用自由形制造的优势进行拓扑优化、仿生设计以及功能集成。我们将审视从概念到数字模型，再到可制造性的设计转化过程。 解析固态加工过程中的关键参数： 讨论影响固态加工成功的核心变量，例如温度、压力、应变速率、工具轨迹、结合界面控制等，以及这些参数之间的相互作用。 第二部分：核心工艺——解锁固态自由形制造的强大工具 本书将详细介绍并剖析当前主流及新兴的固态自由形制造技术，每一项技术都将以其原理、工艺流程、关键设备、适用材料、优缺点以及典型应用进行深入讲解。 冷焊与搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding/Processing）： 重点关注这些能够将固态金属工件在不熔化的情况下实现原子级结合的技术。我们将探讨其微观机制、工艺控制的精妙之处，以及如何通过搅拌摩擦工艺实现材料的局部性能调控和微观结构的优化，从而制造出具有复杂内部结构的功能性部件。 增材制造中的固态铺层技术（Solid-state Layer Deposition）： 详细介绍如超塑性成形（Superplastic Forming）结合增材制造、激光辅助固态沉积（Laser-Assisted Solid State Deposition）等技术。这类技术能够在特定温度下（但远低于熔点）使材料发生显著塑性变形，并逐层堆叠形成三维结构。本书将深入分析其材料选择、工艺参数窗口、变形控制以及尺寸精度等挑战。 机械连接与原位组装（Mechanical Joining and In-situ Assembly）： 探索那些通过机械方式（如压合、铆接、锁紧等）在制造过程中实现零件之间固态连接，甚至在制造过程中就地完成复杂组件组装的技术。这包括对智能连接策略、自适应组装机制以及柔性制造单元在固态组装中的应用进行探讨。 材料局部改性与结构化（Local Material Modification and Structuring）： 涉及通过局部加载、形变、热处理或化学处理等方式，在固态材料内部或表面制造出特定结构或改变其局部性能的先进技术。例如，在金属板材上通过微压痕或滚压实现梯度功能结构。 第三部分：材料维度——拓展固态自由形制造的应用边界 一种制造技术的生命力，离不开与之匹配的材料。本部分将重点关注适用于固态自由形制造的各类材料，以及如何根据特定工艺调整材料的微观结构和宏观性能。 金属材料： 深入探讨用于固态加工的各种金属合金，包括铝合金、钛合金、镁合金、铜合金以及新型高性能合金。我们将关注其在固态变形下的流动行为、晶粒细化、强化机制以及加工后的残余应力控制。 陶瓷材料： 审视如何在固态条件下实现陶瓷的复杂形状制造，例如通过高压冷等静压（CIP）结合后续的烧结与塑性加工技术。我们将探讨材料的致密化过程、晶界行为以及在固态加工中如何避免开裂。 复合材料： 探索将纤维增强或颗粒增强的复合材料应用于固态自由形制造的策略，例如在固态下实现纤维的定向铺设与结合，以及如何保证界面强度与整体性能。 新型功能材料： 展望形状记忆合金、智能聚合物等具有特殊功能的材料在固态自由形制造中的应用潜力，以及如何通过精密的固态加工实现其功能集成。 第四部分：设计与仿真——驱动固态自由形制造的智能化 先进的制造技术离不开与之配套的设计工具和仿真方法。《固态自由形制造》将深入探讨： 面向固态加工的设计（Design for Solid-state Fabrication）： 讲解如何将固态加工的约束与自由度融入设计流程，包括如何考虑材料流变、应力集中、支撑结构需求以及最终性能要求。 拓扑优化与仿生设计： 探索如何利用计算工具生成轻质、高强、高性能的复杂结构，并将其转化为可行的固态制造方案。 数值仿真与过程模拟： 详细介绍有限元分析（FEA）、计算流体动力学（CFD）等仿真技术在预测和优化固态加工过程中的应用，包括应力、温度、变形分布的模拟，以及对最终产品质量的预测。 第五部分：应用领域与未来展望——塑造下一代制造 理解了技术与材料，我们还需要将其置于广阔的应用场景中。《固态自由形制造》将展示这项技术在各个领域的颠覆性潜力： 航空航天： 制造轻质高强的结构件、发动机部件，以及能够承受极端环境的复杂零件。 汽车工业： 生产一体化、轻量化车身结构，以及具有定制化功能的零部件。 医疗器械： 制造生物相容性好、结构复杂、高度个性化的植入物、手术器械及诊断设备。 能源领域： 研发高性能的换热器、储能装置以及具有特殊功能的能源转换组件。 先进制造装备： 制造精密、高效、具备特殊功能的制造设备及机器人部件。 最后，本书将对固态自由形制造的未来发展趋势进行展望，包括智能化、自动化、多材料集成、以及与人工智能、大数据等前沿技术的深度融合，共同勾勒出下一代制造的宏伟蓝图。 为何选择《固态自由形制造》？ 本书不仅仅是技术的罗列，更是对创新精神的激发。它将带领读者走进一个充满挑战与机遇的世界，在那里，材料的潜力被无限挖掘，设计的边界被不断拓展，制造的未来正在被重塑。无论您是希望提升现有工艺水平，还是渴望开创全新的制造模式，《固态自由形制造》都将是您不可或缺的指南与灵感源泉。它将帮助您理解“固态”二字所蕴含的深邃意义，并引导您掌握解锁这一颠覆性技术的力量。

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