智能制造关键技术与工业应用丛书--激光金属增材制造技术

随着激光增材制造技术的不断发展，各种新技术、新方法不断涌现，本书正是基于此开发的，旨在介绍激光增材制造领域的新技术、新方法，本书具有以下两大特色：
（1）本书主要介绍了激光增材制造的新技术、新方法，技术性强，内容全面系统；在介绍新技术的同时，引入了应用实例，增加了图书的实用性。
（2）本书是立足于技术本身，并结合作者多年的科研成果完成的，具有前瞻性。

本书系统地介绍了激光金属增材制造技术及其应用，结合作者多年在激光增材制造领域的研究工作，主要围绕激光选区熔化和激光定向能量沉积两种代表性工艺技术，总结了目前激光金属增材制造领域最受关注的前沿工艺技术、设计方法及应用。重点介绍了大尺寸激光选区熔化、激光金属增减材复合制造、高反/难熔材料激光增材制造、多材料激光金属粉床增材制造、复杂模具激光金属增材组合制造、医用材料激光金属增材制造等方面的关键技术、近期新研究进展与应用案例。此外，详细介绍了增材制造工艺约束与结构设计方法和基于拓扑密度云/应力云的多孔结构设计方法，总结了功能性创新多孔结构的研究进展。最后，从材料创新、装备创新、工艺创新等方面展望了激光金属增材制造的技术前沿与发展趋势。
本书可供机械工程、材料科学、光学工程、装备制造、生物医疗等领域的科技工作者及相关领域的技术人员、高等院校师生及与其有关的技术工人阅读和参考。

王迪，男，博士研究生，华南理工大学教授、博导，广东科支计划青年拔尖人才、广州市珠江科技新星。主要研究方向为：金属3D打印装备开发、金属增材制造控形/控性、智能结构增材制造、增材制造创新应用等。主持国家自然基金、军工项目、省重大专项与应用型专项10多项；主持和参与国家标准、行业标准相关标准10多项；一作和通讯作者发表学术论文50多篇。

第1章激光金属增材制造简介001
1.1激光金属增材制造技术定义与分类001
1.1.1技术定义001
1.1.2技术分类001
1.1.3技术原理与特点002
1.2激光金属增材制造装备与工艺简介006
1.2.1装备分类与代表性厂商006
1.2.2工艺特征011
1.3激光金属增材制造材料种类与制备016
1.3.1金属增材制造材料种类016
1.3.2金属增材制造材料常见制备技术020
1.4激光金属增材制造应用领域024
1.5激光增材制造领域专业术语（按照国家标准） 027
参考文献028

第2章大尺寸激光选区熔化技术030
2.1大尺寸激光选区熔化技术背景030
2.2大尺寸激光选区熔化增材制造装备与工艺031
2.2.1大尺寸激光选区熔化增材制造装备发展现状031
2.2.2大尺寸激光选区熔化增材制造工艺发展现状032
2.3大尺寸激光选区熔化增材制造关键技术037
2.3.1多激光过程模拟037
2.3.2多激光循环风场设计040
2.3.3大尺寸零件应力优化046
2.3.4在线质量监控048
参考文献049

第3章激光金属增减材复合制造技术051
3.1激光金属增减材复合制造技术简介与分类051
3.2送粉式激光增减材复合制造原理与装备054
3.2.1技术原理054
3.2.2装备055
3.3激光增减材复合制造技术工艺059
3.3.1增材成形对减材加工的影响060
3.3.2减材加工对增材成形的影响062
3.3.3复合加工对成形精度的影响064
3.4送粉式激光增减材复合制造表面质量065
3.4.1表面粗糙度065
3.4.2表面显微硬度067
3.4.3轮胎模具的高质量成形068
3.5未来的发展070
3.5.1面临的关键问题070
3.5.2近期新研究进展与发展方向071
参考文献074

第4章高反/难熔材料激光增材制造技术076
4.1高反/难熔材料激光增材制造技术背景076
4.2高反材料激光增材制造079
4.2.1铜及铜合金激光增材制造079
4.2.2铝及铝合金激光增材制造083
4.2.3贵金属激光增材制造088
4.2.4高反材料激光增材制造成形挑战091
4.2.5提高材料激光吸收率方法093
4.3难熔材料激光增材制造096
4.3.1钨及钨合金激光增材制造096
4.3.2钽激光增材制造098
4.3.3其他材料激光增材制造101
4.3.4难熔材料激光增材制造成形挑战102
4.4未来的发展103
4.4.1高反材料增材制造应用前景103
4.4.2难熔材料增材制造应用前景105
参考文献107

第5章多材料激光金属粉床增材制造技术111
5.1多材料激光金属粉床增材制造技术背景与意义111
5.2多材料金属增材制造技术与装备分类113
5.2.1基于铺粉刮刀的方法114
5.2.2基于超声波的方法115
5.2.3基于“铺粉刮刀＋超声”的方法116
5.2.4基于电子照相的方法118
5.3多材料激光金属粉床增材制造材料类型与界面119
5.3.1典型多材料类型119
5.3.2界面微观结构122
5.3.3常见界面缺陷125
5.3.4界面结合增强方法127
5.4多材料激光金属粉床增材制造关键技术135
5.4.1多材料数据处理与准备135
5.4.2多材料过程模拟与热力学建模138
5.4.3粉末污染与分离141
5.4.4生产效率提升141
5.5多材料激光金属粉床增材制造潜在应用142
5.6未来的发展145
参考文献147

第6章增材制造工艺约束与结构设计方法150
6.1增材制造工艺约束150
6.1.1切片离散约束150
6.1.2光斑大小约束151
6.1.3激光熔穿约束151
6.1.4设计模型分辨率约束152
6.2增材制造结构成形特征约束152
6.2.1薄壁结构152
6.2.2尖角约束153
6.2.3圆柱/方柱特征约束154
6.2.4跨度约束155
6.2.5倾角约束156
6.3拓扑优化设计157
6.3.1拓扑优化概念157
6.3.2拓扑优化设计的基本要素157
6.3.3拓扑优化设计方法157
6.3.4拓扑优化设计实例159
6.3.5多物理场拓扑优化161
6.4考虑制造约束的拓扑优化设计162
6.4.1考虑结构最小尺寸约束的拓扑优化方法162
6.4.2考虑孔洞封闭约束的拓扑优化方法162
6.4.3考虑自支撑约束的拓扑优化方法163
6.5未来的发展163
参考文献163

第7章多孔结构设计方法及其成形性能165
7.1多孔结构设计方法165
7.1.1均匀多孔结构设计165
7.1.2随机多孔结构设计170
7.1.3梯度多孔结构设计170
7.2多孔结构力学行为及各向异性行为177
7.2.1多孔结构力学行为177
7.2.2多孔结构各向异性行为180
7.2.3梯度多孔结构力学行为182
7.3多孔结构优化设计方法187
7.3.1基于拓扑密度云多孔结构优化设计187
7.3.2基于应力云多孔结构优化设计188
7.4功能性多孔结构192
7.4.1多孔结构热学性能192
7.4.2多孔结构声学性能193
7.4.3多孔结构磁学性能193
7.4.4多孔结构电磁屏蔽性能194
7.5未来的发展194
参考文献194

第8章复杂模具激光金属增材组合制造技术200
8.1复杂模具激光金属增材组合制造技术背景200
8.2基于增材组合制造技术的复杂模具设计202
8.2.1随形水路设计202
8.2.2自支撑水道模具设计207
8.2.3模具轻量化设计208
8.3模具钢成形工艺209
8.3.1致密度210
8.3.2拉伸性能213
8.3.3硬度218
8.3.4梯度MS 工艺221
8.4复杂模具嫁接应用案例223
8.5未来的发展226
8.5.1面临的关键问题226
8.5.2未来展望227
参考文献227

第9章医用材料激光金属增材制造技术230
9.1医用材料激光金属增材制造技术背景230
9.2典型医用金属材料成形233
9.2.1钛及钛合金233
9.2.2钴基合金246
9.2.3镍钛合金249
9.2.4可降解金属252
9.3医用材料激光金属增材制造典型应用258
9.3.1骨科应用258
9.3.2口腔科263
9.3.3手术导板265
9.3.4血管支架266
9.4未来的发展267
参考文献268

第10章激光金属增材制造技术前沿与发展趋势271
10.1激光金属增材制造技术材料创新271
10.1.1生物可降解金属材料271
10.1.2多材料激光增材制造274
10.1.3非晶合金275
10.1.4高熵合金277
10.2激光金属增材制造技术装备279
10.2.1大面积脉冲激光粉末床熔化279
10.2.2多能量场辅助增材制造279
10.2.3无支撑金属增材制造285
10.2.4Micro-SLM 287
10.3在线监测与过程控制290
10.3.1监测技术原理及分类291
10.3.2在线监测信号源291
10.3.3在线监控策略296
10.4智能工厂298
10.5智能结构设计与增材制造300
10.6无透镜光学扫描系统304
10.7多轴飞行打印306
参考文献306