教材《智能制造數(shù)字化增材制造》——3D打印的端到端集成的增材制造解決方案

《智能制造數(shù)字化增材制造》作為智能制造類產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)系列教材之一，以西門子工業(yè)軟件相關(guān)技術(shù)平臺為支撐。針對增材制造（ 3D打印）技術(shù)的應(yīng)用，西門子工業(yè)軟件提供了從需求驅(qū)動的創(chuàng)成式設(shè)計到 3D打印的端到端集成的增材制造解決方案，涵蓋了面向增材制造的創(chuàng)新設(shè)計、仿真分析、打印準(zhǔn)備以及生產(chǎn)運(yùn)營，著力于實(shí)現(xiàn)增材制造的工業(yè)化應(yīng)用。

本書以機(jī)械、汽車、模具、航空等行業(yè)應(yīng)用為背景，結(jié)合面向增材制造的設(shè)計、仿真和生產(chǎn)的行業(yè)需求，在產(chǎn)品設(shè)計、預(yù)測性工程分析、 3D打印準(zhǔn)備等方面介紹了數(shù)字化增材制造過程鏈，具體包括：面向增材制造應(yīng)用的三維設(shè)計和驗(yàn)證，先進(jìn)的晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，基于逆向工程的三維打印，創(chuàng)成式設(shè)計及拓?fù)鋬?yōu)化，增材制造前處理，多軸增材制造，過程仿真和后處理，以及典型行業(yè)中的零件打印實(shí)例。

本書針對具體案例，先介紹其設(shè)計原理和方法，然后以西門子工業(yè)軟件的增材制造環(huán)境為基礎(chǔ)，介紹操作過程，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合；同時運(yùn)用了“互聯(lián)網(wǎng) +”形式，在重要知識點(diǎn)嵌入二維碼，方便讀者理解相關(guān)知識，進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。讀者可通過逐步學(xué)習(xí)每個章節(jié)，掌握面向增材制造的先進(jìn)設(shè)計理念，并通過案例實(shí)踐掌握所學(xué)內(nèi)容。本書可以作為高等職業(yè)院校和職業(yè)本科院校機(jī)械、模具、汽車類相關(guān)專業(yè)的教材，也可供從事產(chǎn)品設(shè)計和制造的技術(shù)人員使用。

△西門子數(shù)字工業(yè)軟件Simcenter Testlab

前言
增材制造（Additive Manufacturing，AM）也稱 3D打印，是相對于傳統(tǒng)切削方式的減材制造和利用模具的等材制造，以材料累積為基本特征，通過不同的能量源與 CAD/ CAM技術(shù)相結(jié)合的制造方式。它正在推動創(chuàng)新并幫助企業(yè)克服生產(chǎn)障礙，通過減材、減重，擴(kuò)展產(chǎn)品性能等方法來重塑產(chǎn)品，將產(chǎn)品變革從傳統(tǒng)設(shè)計往面向增材制造的創(chuàng)新設(shè)計方面轉(zhuǎn)移；通過消除開模、消除或簡化裝配等重組制造，將增材制造從原型應(yīng)用 /試驗(yàn)應(yīng)用往主流工業(yè)化生產(chǎn)方面轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)個性化、定制化、按需打印等，幫助企業(yè)重構(gòu)業(yè)務(wù)。

但是，當(dāng)企業(yè)試圖采用增材制造這一新技術(shù)的時候，也面臨一些限制。目前的實(shí)際情況是企業(yè)采用獨(dú)立的應(yīng)用系統(tǒng)，而它們常常不能一起工作或需要通過文件交換來協(xié)同，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)和流程管理的失控，因而企業(yè)需要消除這些障礙，將增材制造融入產(chǎn)品研發(fā)制造的實(shí)際過程，實(shí)現(xiàn)增材制造的工業(yè)化應(yīng)用。

西門子股份公司不僅是工業(yè) 4.0的倡導(dǎo)者，更是工業(yè)領(lǐng)域?qū)嵺`的排頭兵，它提供了數(shù)字化企業(yè)所必需的多學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域最廣泛的工業(yè)軟件和行業(yè)知識，涵蓋了機(jī)械設(shè)計、電子及自動化設(shè)計、軟件工程、仿真測試、制造規(guī)劃、制造運(yùn)行等方面，可以幫助學(xué)校建立同時滿足科研、實(shí)訓(xùn)與企業(yè)服務(wù)的產(chǎn)教融合平臺。

為了滿足企業(yè)對數(shù)字化增材制造的能力需求與人才需求，本書提供了從需求驅(qū)動的創(chuàng)成式設(shè)計到 3D打印的端到端集成的增材制造解決方案，涵蓋了面向增材制造的創(chuàng)新設(shè)計、仿真分析、打印準(zhǔn)備以及生產(chǎn)運(yùn)營，著力于實(shí)現(xiàn)增材制造的工業(yè)化應(yīng)用。同時運(yùn)用了 “互聯(lián)網(wǎng) +”技術(shù)，在部分知識點(diǎn)附近設(shè)置了二維碼，使用者可以用智能手機(jī)進(jìn)行掃描，便可在手機(jī)屏幕上顯示和教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的多媒體內(nèi)容，方便讀者理解相關(guān)知識，進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。


目錄
第 1章增材制造技術(shù)概論
第 2章增材制造技術(shù)架構(gòu)
2.1典型工藝
2.2關(guān)鍵設(shè)計方法
2.3全價值鏈軟件集成
2.4增材制造構(gòu)型
2.5面向增材制造的零件設(shè)計

第 3章增材制造的設(shè)計驗(yàn)證
3.1打印空間
3.2延展角度
3.3壁厚
3.4最小半徑
3.5完全封閉空間體
3.6通道比率
3.7牢靠支撐
3.8打印時間
3.9過熱分析
3.10優(yōu)化部件方位

第 4章晶格構(gòu)型
4.1晶格構(gòu)型介紹
4.2晶格構(gòu)型方法
4.3晶格構(gòu)型體積定義
4.4產(chǎn)生晶格體
4.5連接晶格體
4.6清理晶格體
4.7自定義晶格體

第 5章基于逆向工程的三維打印
5.1零件修復(fù)案例
5.2案例操作步驟
5.3　逆向工程快速建模和優(yōu)化

第 6章創(chuàng)成式設(shè)計及拓?fù)鋬?yōu)化
6.1創(chuàng)成式設(shè)計和拓?fù)鋬?yōu)化概述
6.2拓?fù)鋬?yōu)化案例 1
6.3拓?fù)鋬?yōu)化案例 2
6.4拓?fù)鋬?yōu)化和約束
6.5拓?fù)鋬?yōu)化案例 3

第 7章增材制造前處理
7.1建立打印環(huán)境
7.2設(shè)計支撐
7.3空間布置
7.4輸出打印文件

第 8章多軸增材制造
8.1平面加工
8.2旋轉(zhuǎn)加工
8.3機(jī)器人上的平面沉積工序

第 9章過程仿真和后處理