增材製造設計（DfAM）指南 A Practical Guide to Design for Additive Manufacturing

OlafDiegel

是增材製造和產品開發的教育者和實踐者，
在應用創新方法解決工程問題方面擁有出色的、有目共睹的業績。

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推薦序二
譯者序
前言
致謝
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縮略詞
第1章增材製造導論1
1.1什麼是增材製造2
1.2增材製造工藝鏈4
1.3增材製造的當前應用7
1.4增材製造的優勢8
1.4.1零件複雜度8
1.4.2即時裝配10
1.4.3零件合併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按需製造13

第2章增材製造技術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複合增材製造32
2.9增材製造用於零件生產的技術成熟度32

第3章DfAM戰略*的設計考慮34
3.1面向增材製造的設計導論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
3.3.1AM設計規則136
3.3.2AM設計規則237
3.3.3AM設計規則338
3.3.4AM設計規則438
3.3.5AM設計規則538
3.3.6AM設計規則639
3.3.7AM設計規則739
3.4避免各向異*的設計39
3.5增材製造的經濟學40
3.6盡量減少打印時間的設計44
3.7**化後處理的設計46
3.8利用設計複雜*53
3.9功能，材料第二53
3.10使用拓撲優化或晶格結構54

第4章用於增材製造零件設計分析和優化的計算工具57
4.1對增材製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*64

第5章零件合併準則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

第6章增材製造工具設計準則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
6.6AM工具複合製備方法76
6.7縮短工具成型時間77

第7章面向聚合物的增材製造設計79
7.1各向異**0
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

第8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**考慮89
8.1.6特徵類型：豎直壁厚90
8.1.7特徵類型：水平壁面90
8.1.8特徵類型：支撐材料懸垂角91
8.1.9特徵類型：帶有可溶*支撐的活動零件之間的間隙91
8.1.10特徵類型：帶有可去除支撐材料的活動零件之間的間隙92
8.1.11特徵類型：豎直圓孔92
8.1.12特徵類型：圓柱銷93
8.1.13特徵類型：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特徵類型：壁厚95
8.2.6特徵類型：活動零件之間的間隙96
8.2.7特徵類型：圓形輪廓通孔97
8.2.8特徵類型：方形輪廓通孔97
8.2.9特徵類型：圓柱銷98
8.2.10特徵類型：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*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特徵類型：壁厚102
8.3.11特徵類型：圓孔102

第9章金屬增材製造的設計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金屬粉末的製造過程105
9.4粉末形態（理想的粉末形狀）106
9.5粉末粒度分佈107
9.6粉末的**注意事項107
9.7金屬AM材料的特*10*
9.8AM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**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

第10章金屬增材製造指南135
10.1基於激光粉末床熔融技術的設計136
10.1.1特徵類型：壁厚136
10.1.2特徵類型：懸垂角136
10.1.3特徵類型：活動零件之間的間隙137
10.1.4特徵類型：豎直方向的槽和圓孔138
10.1.5特徵類型：豎直方向的凸台和圓柱銷138
10.1.6特徵類型：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特徵類型：壁厚143
10.2.4特徵類型：豎直方向的槽和圓孔144
10.2.5特徵類型：清除粉末所需的間隙144
10.2.6特徵類型：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
10.3.2零件緻密度146
10.3.3*重要的設計準則147
10.3.4特徵類型：壁厚150
10.3.5特徵類型：懸垂結構150
10.3.6特徵類型：圓孔151
10.3.7特徵類型：溢粉孔151

第11章增材製造**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**危險156
11.3增材製造零件認*156

第12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陽極氧化177
12.3.6等離子噴塗177
12.3.7電鍍和PVD177
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

第13章增材製造的未來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

第14章結束語190
術語表192
參考文獻和拓展閱讀196