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第5篇　材料高能束流加工技术1

第1章　激光加工技术3

1　导论3

1.1　激光的特性3

1.2　光学谐振腔3

1.3　高斯光束6

1.4　激光加工材料原理6

1.5　激光加工的特点8

2　激光切割8

2.1　激光切割的特性8

2.2　激光切割的基本原理8

2.3　激光切割过程温度场的数学模型9

2.4　激光切割零件的尺寸精度10

2.5　激光切割的质量及影响因素11

2.6　常用工程材料的激光切割12

3　激光焊接13

3.1　概述13

3.2　激光焊接工艺的特点14

3.3　激光焊接的分类15

3.4　热导焊15

3.5　激光深熔焊接17

3.6　激光焊缝组织和常见缺陷24

3.7　激光焊接技术新发展25

4　激光表面处理技术28

4.1　概述28

4.2　激光相变硬化29

4.3　激光抛光33

4.4　激光冲击强化35

4.5　激光冲击成形39

4.6　激光热应力成形42

5　激光微细加工45

5.1　概述45

5.2　激光制备薄膜技术48

5.3　激光刻蚀51

第2章　电子束加工技术56

1　概述56

1.1　电子束加工技术的发展56

1.2　电子束加工工艺56

1.3　电子束加工的特点56

2　电子束焊接57

2.1　工作原理和分类58

2.2　设备和装置59

2.3　接头设计和焊接工艺64

2.4　几种材料的焊接66

2.5　应用68

2.6　安全防护69

3　电子束打孔69

3.1　原理69

3.2　设备70

3.3　工艺及应用71

4　电子束表面改性技术72

4.1　电子束能量转变72

4.2　电子束表面改性的应用73

5　电子束物理气相沉积74

5.1　概述74

5.2　电子束物理气相沉积设备74

5.3　电子束物理气相沉积的应用76

6　电子束熔炼79

7　电子束辐照技术81

7.1　高分子材料电子束辐射加工81

7.2　医疗用品及食品的电子束辐射灭菌消毒83

7.3　硅功率器件的电子束辐射改性84

8　电子束曝光84

8.1　基本原理84

8.2　扫描电子束曝光85

8.3　投影电子束曝光87

8.4　电子束曝光工艺特点87

8.5　电子束曝光技术的最新进展88

第3章　等离子体及离子束加工技术89

1　等离子体基本概念89

1.1　等离子体基本特性、频率、离子间的相互作用89

1.2　等离子体应用技术简介90

2　低气压等离子体91

2.1　人造低温等离子体简介91

2.2　低气压等离子体发生器91

2.3　等离子体诊断技术93

3　低温等离子体加工技术及应用95

3.1　低温等离子体技术对材料的表面改性技术95

3.2　等离子体注入与沉积技术97

3.3　等离子体和离子束刻蚀技术109

3.4　等离子体聚合技术111

4　等离子体喷涂技术111

4.1　湍流等离子喷涂111

4.2　层流等离子喷涂117

4.3　真空等离子喷涂设备及工艺121

4.4　等离子喷涂涂层类型及其应用123

第4章　磨料水射流加工125

1　简介125

1.1　磨料水射流加工系统125

1.2　分类及特点125

1.3　应用领域126

2　磨料水射流加工技术基础126

2.1　磨料水射流加工原理126

2.2　材料的去除机理127

2.3　切口性能129

2.4　切割性能数学模型129

3　磨料水射流性能与建模131

3.1　磨料分类与性质131

3.2　磨料水射流的计算流体力学模型134

3.3　算例134

4　加工参数及其应用136

4.1　参数名称与简单分类136

4.2　加工参数优化136

4.3　加工实例137

5　提高磨料水射流切割性能的方法142

5.1　射流入射角的实验优化142

5.2　喷嘴的控制振动143

5.3　多次切割144

参考文献146

第6篇　快速原型与快速制造151

第1章　快速原型概述153

1　快速成形技术的发展历程154

1.1　按所用材料形态分类155

1.2　按堆积单元的几何形态分类156

1.3　按是否需另外设计支撑结构分类156

1.4　按材料状态变化及其连接机理分类156

2　快速成形技术在新产品开发中的应用156

3　快速成形应用情况157

4　快速成形技术的发展趋势157

5　快速成形技术的国内外现状158

第2章　离散-堆积成形原理159

1　去除成形和受迫成形159

2　生长成形160

3　离散方法与离散论方法学160

4　数字化方法与数字化成形161

5　基于集合论的离散模型162

6　快速成形工艺过程的离散分析162

7　离散-堆积成形与其他成形原理的比较163

第3章　RP技术链165

1　三维数据模型获取165

1.1　CAD直接设计165

1.2　逆向工程165

2　STL文件格式169

2.1　STL文件的正确性170

2.2　STL文件拓扑信息的建立172

2.3　STL文件错误修正172

3　成形方向优化173

3.1　基本概念173

3.2　成形方向决定因素的量化计算174

3.3　最佳成形方向的选择174

3.4　成形方向自动选择的实例分析174

4　支撑添加175

4.1　影响支撑结构质量的因素175

4.2　支撑结构添加方式175

4.3　FDM（MEM）工艺支撑176

4.4　SL工艺支撑179

4.5　SSM工艺自适应网格划分182

5　分层技术184

5.1　基本分层原理184

5.2　减小分层层厚186

5.3　自适应分层186

5.4　CAD直接分层188

5.5　曲面成形和曲面分层191

6　扫描路径填充192

6.1　扫描填充方式192

6.2　扫描填充算法及软件设计193

第4章　光固化快速成形工艺194

1　光固化快速成形工艺194

1.1　光固化快速成形工艺的定义194

1.2　光固化快速成形工艺的特点194

2　光固化快速成形工艺的硬件195

2.1　光固化快速成形设备的总体组成195

2.2　光固化成形设备的子系统196

2.3　扫描振镜的校正199

3　光固化快速成形工艺的软件200

3.1　数据处理软件200

3.2　成形控制软件202

4　光固化快速成形设备208

4.1　美国3D Systems公司209

4.2　日本CMET公司210

4.3　陕西恒通智能机器有限公司211

4.4　北京殷华公司211

4.5　武汉滨湖机电技术产业有限公司212

第5章　激光选区烧结快速成形工艺213

1　激光选区烧结快速成形工艺的概述213

1.1　激光选区烧结基本原理213

1.2　SLS工艺特点214

2　激光选区烧结快速成形设备的主要构成214

2.1　机械主体部分214

2.2　光路系统214

2.3　控制系统215

2.4　辅助加热装置与冷却装置215

3　激光选区烧结快速成形工艺的软件215

3.1　分层软件215

3.2　扫描路径生成软件215

3.3　设备控制软件216

4　激光选区烧结快速成形工艺的成形材料216

4.1　石蜡粉末216

4.2　聚合物粉末材料216

4.3　金属粉末材料216

4.4　陶瓷粉末材料216

4.5　国内外SLS成形材料产品217

5　激光选区烧结快速成形的工艺研究217

5.1　可控制参数217

5.2　成形机参数218

5.3　材料性能参数219

5.4　分层参数221

6　激光选区烧结快速成形工艺的应用221

6.1　设计和装配验证221

6.2　外科整形模拟222

7　激光选区烧结典型设备223

第6章　叠层实体制造快速成形工艺226

1　叠层实体制造的工艺过程及技术性能226

1.1　叠层实体制造工艺的发展过程及特点226

1.2　叠层实体制造系统的主要性能指标227

1.3　叠层实体制造设备228

2　叠层实体制造系统的功能与总体结构230

2.1　系统功能230

2.2　叠层实体制造控制系统232

2.3　叠层实体制造结构设计要求233

2.4　本体结构设计234

3　成形材料及其性能要求235

3.1　基纸的性能要求235

3.2　熔融胶黏结剂及其热压变形236

4　叠层实体制造工艺的关键技术237

4.1　激光切割工艺238

4.2　热压工艺239

4.3　叠层实体制造工艺中零件的变形241

4.4　温度场计算243

5　叠层实体制造技术的工艺改进245

5.1　大型原型的分区平行加工技术245

5.2　减小翘曲应力的预分割方法247

第7章　熔融挤出快速成形工艺250

1　熔融挤出快速成形工艺概述250

1.1　熔融挤出快速成形技术工艺原理250

1.2　熔融挤出快速成形技术的特点250

2　熔融挤出成形系统的构成251

2.1　系统构成251

2.2　喷头系统概述251

2.3　丝材挤压喷头系统252

2.4　螺旋挤压喷头系统253

2.5　喷头可靠性254

3　熔融挤出成形过程的数值模拟255

3.1　MEM工艺过程描述255

3.2　材料特性255

3.3　热力耦合问题的有限元分析理论256

3.4　物理模型的建立256

3.5　各因素对熔融堆积成形工艺成形质量的影响256

3.6　因素的综合影响264

4　MEM工艺质量控制265

4.1　材料的收缩与偏置265

4.2　连续路径265

4.3　送丝速度与扫描速度匹配266

4.4　喷头的启停响应266

4.5　路径的数控代码编排267

4.6　其他工艺性方法267

5　熔融挤出成形工艺典型设备267

5.1　美国Stratasys公司267

5.2　北京殷华激光快速成形及模具技术有限公司268

6　熔融挤出快速成形工艺的典型案例269

6.1　熔融挤出成形工艺在产品开发中的应用案例269

6.2　基于熔融挤出工艺的快速制造以及快速工具应用案例271

6.3　MEM技术在医学组织工程降解支架成形的应用案例271

第8章　三维打印快速成形工艺273

1　三维打印快速成形工艺原理273

1.1　三维打印快速成形工艺273

1.2　三维打印快速成形工艺的特点和优势273

2　三维打印快速成形工艺的使能技术——数字微滴喷射技术273

2.1　微滴喷射微输运方法274

2.2　蘸笔直写微输运方法276

2.3　国内外在微输运技术方面的其他相关研究工作277

3　基于压电晶体的微滴喷射技术研究278

3.1　基于压电晶体的微滴喷射原理278

3.2　压电驱动微滴喷射装置设计279

3.3　压电驱动微滴喷射系统的实现283

3.4　喷射过程中微滴形态控制284

4　3DP工艺的应用286

4.1　基于MIT三维打印专利的应用286

4.2　其他采用微输运技术的工艺288

第9章　其他快速成形工艺290

1　低温冰型快速成形工艺290

1.1　低温冰型快速成形工艺原理290

1.2　低温冰型快速成形工艺研究290

1.3　低温冰型工艺的应用293

2　轮廓成形工艺295

3　三维绘图工艺295

4　弹道微粒制造工艺296

5　选择性抑制烧结SIS296

第10章　多功能快速成形制造系统298

1　功能集成的设计方法298

1.1　功能分解298

1.2　功能集成298

2　基于功能集成的多功能快速成形系统298

2.1　单一与复合的离散-堆积原理298

2.2　单元技术的简单集成299

2.3　单元技术的复杂集成299

3　统一模型300

3.1　统一数据处理模型300

3.2　统一功能模型——机械电子学模型302

3.3　统一结构模型304

4　集成度计算305

4.1　集成度计算原理305

4.2　具有三种RP工艺的多功能RPM系统的集成度计算306

5　多功能快速成形系统M-RPMS306

第11章　快速制造概述308

1　快速制造的组装性和微滴性308

2　快速制造的内涵308

2.1　制造过程中信息过程与物理过程相统一308

2.2　制造过程中材料制备与材料成形相统一309

2.3　制造过程中结构梯度与材料梯度相统一309

3　快速制造的绿色制造本质309

4　快速制造发展现状310

4.1　主要的快速制造技术310

4.2　快速制造的主要工艺方法310

5　金属零件和模具快速制造主要研发和生产单位311

6　快速制造的应用312

第12章　激光快速制造技术313

1　激光熔覆快速制造技术313

1.1　概述313

1.2　激光熔覆快速制造技术的硬件314

1.3　激光熔覆快速制造技术的软件317

1.4　激光熔覆快速制造技术的工艺研究320

1.5　尺寸精度和表面粗糙度分析323

1.6　激光熔覆快速制造技术的主要研究单位323

1.7　激光熔覆快速制造技术的应用领域及发展方向326

2　激光选区烧结快速制造技术327

2.1　激光选区烧结快速制造技术的分类327

2.2　激光选区烧结快速制造技术的材料328

2.3　激光选区烧结快速制造技术的应用331

2.4　激光选区烧结快速制造技术的研究内容与发展方向333

3　激光选区熔化快速制造技术333

4　金属板材叠加制造技术333

5　生坯带激光烧结技术GTLS334

第13章　电子束快速制造技术335

1　电子束技术335

1.1　电子束技术发展及应用概况335

1.2　电子束技术原理335

1.3　电子束加工的物理基础335

1.4　电子束加工设备336

1.5　电子束加工设备分类337

2　电子束与快速制造技术337

2.1　电子束与激光特征比较337

2.2　电子束与激光的应用领域比较338

2.3　电子束与激光在快速制造领域的应用特点比较338

3　电子束选区熔化快速制造技术339

3.1　定义及特点339

3.2　粉末状态分析339

3.3　电子束熔化快速制造系统341

3.4　电子束熔化快速制造工艺341

3.5　电子束熔化快速制造技术的典型应用344

4　电子束熔覆快速制造技术345

4.1　电子束熔炼技术345

4.2　电子束熔覆快速制造技术345

第14章　化学沉积快速制造技术348

1　基于热化学沉积方法的快速制造技术348

1.1　基于热化学沉积方法的快速制造技术的基本原理348

1.2　适用于热化学沉积方法的快速制造技术的成形材料348

1.3　基于热化学沉积方法的快速制造技术的特点349

1.4　基于热化学沉积方法的快速制造系统349

1.5　热化学沉积成形原理351

1.6　影响工艺过程的主要参数351

1.7　成形材料与工艺参数之间的合理匹配352

1.8　基于热化学沉积方法的快速制造工艺试验352

2　激光诱导气相化学沉积成形技术354

3　电子束诱导气相沉积成形技术355

4　激光诱导液相化学沉积成形技术355

5　电化学液相沉积成形技术356

6　基于化学沉积方法的快速制造技术的应用前景356

第15章　快速模具制造357

1　快速模具概述与分类357

1.1　快速模具概述357

1.2　快速模具技术的分类357

1.3　快速模具技术的应用前景359

2　非金属模具359

2.1　直接非金属模具359

2.2　间接非金属模具361

3　金属模具365

3.1　直接金属模具365

3.2　间接金属模具366

第16章　铸型制造技术381

1　基本概念及分类381

2　基于微滴喷射的直接RP铸型制造381

2.1　无模铸型制造工艺（PCM）381

2.2　直接壳型铸造工艺（DSPC）395

2.3　Extrude Hone？Prometal RCT397

2.4　Z Cast Direct Metal Casting工艺398

3　基于激光的直接RP铸型制造399

3.1　基于SLS工艺的直接RP铸型制造399

3.2　基于SL工艺的直接RP铸型制造404

3.3　基于LOM工艺的直接RP铸型制造406

4　结语407

第17章　激光引导直写技术408

1　概述408

2　光力原理408

2.1　光力的几何光学解释408

2.2　光压力的估算409

2.3　基于GLMT的光力计算方法409

3　应用光力的制造技术410

3.1　激光引导直写技术LGDW410

3.2　MAPLE DW技术411

4　基于激光引导直写的微堆积制造方法411

4.1　成形系统411

4.2　粒子的捕获和输运412

4.3　粒子的沉积413

4.4　应用前景413

第18章　生物制造415

1　生物制造概论415

1.1　概述415

1.2　生物制造的科学技术前景415

1.3　生物制造的定义416

1.4　细胞受控组装416

1.5　细胞受控组装的技术路线417

1.6　生物制造与其他相关学科的关系418

1.7　生物制造产品的特点418

1.8　生物制造的体系结构418

1.9　生物制造的应用情况与前景418

2　生物制造的建模419

2.1　生物制造相关模型及其建模技术419

2.2　组织工程支架的梯度结构模型420

2.3　模型的应用423

3　器官假体的快速制造425

3.1　假体的医学价值425

3.2　假体材料425

3.3　假体快速制造426

3.4　假体临床应用427

3.5　假体的发展方向430

4　组织工程生物材料的快速成形431

4.1　组织工程431

4.2　组织工程生物材料432

4.3　组织工程生物材料的快速成形工艺432

4.4　应用436

5　细胞-材料单元受控组装439

5.1　细胞-材料单元受控组装的生物学基础440

5.2　细胞-材料单元三维受控组装的生物材料基础440

5.3　细胞组装的国内外研究现状441

5.4　细胞受控组装的发展及应用前景448

第19章　快速成形与快速制造技术的精度和表面质量研究449

1　快速成形误差的主要表现形式449

1.1　尺寸误差449

1.2　形状误差449

1.3　表面误差449

1.4　分辨率449

2　快速成形工艺中的误差分析450

2.1　快速成形工艺的误差来源450

2.2　快速成形技术的误差模型451

2.3　快速成形技术中的误差分析与控制453

3　快速成形原型或零件的变形455

3.1　变形的力学分析455

3.2　工艺参数对变形的影响及其控制456

4　快速成形零件的表面质量456

4.1　表面特征456

4.2　表面几何形状偏差457

4.3　成形件表面质量控制458

5　MEM系统的误差分析与造型质量控制459

5.1　MEM系统造型的误差分析459

5.2　MEM工艺过程中数据处理产生的误差459

5.3　成形过程中材料收缩和黏结产生的误差460

5.4　设备与控制系统产生的误差461

5.5　成形工艺产生的误差461

6　快速成形机床的标准化研究462

附录464

A　GARPA成员464

B　国内RP＆RM主要研究和应用单位466

C　国内RP＆RM主要设备制造单位485

参考文献488

第7篇　电加工机床质量控制与检测501

第1章　绪论503

1　坚持“质量第一”的方针503

2　采用国际标准和国外先进标准503

3　产品的认证制度503

4　建立质量保证体系503

第2章　电火花加工机床的质量控制504

1　电气系统的质量控制504

1.1　元器件的采购供应504

1.2　防止静电对器件与系统的损坏504

1.3　印刷板制作的质量控制505

1.4　PCB板的测试与检查506

1.5　线缆制作的质量控制506

1.6　电柜安装507

1.7　电柜的调试508

2　电火花加工机床的联机调试510

2.1　机床外观检验510

2.2　安全可靠性检验510

2.3　主机几何精度检验510

2.4　机床性能检验510

2.5　机床定位精度检验510

2.6　机床工作精度检验510

2.7　检验文件归档510

第3章　电解加工机床的质量控制511

1　机床本体的质量控制511

1.1　床身511

1.2　工作箱511

1.3　主轴头511

1.4　进给系统512

1.5　导电系统512

1.6　机床总体形位公差的控制512

2　电源的质量控制512

2.1　输出参数512

2.2　稳压性能513

2.3　快速短路保护系统513

2.4　可靠性控制513

3　电解液系统的质量控制513

3.1　电解液系统的组成513

3.2　输液系统513

3.3　热交换系统514

3.4　净化系统514

4　控制系统的质量控制514

4.1　参数控制系统514

4.2　循环控制系统514

4.3　保护和联锁系统514

5　加工工艺的质量控制514

5.1　加工间隙及加工参数515

5.2　电解液515

5.3　电解液流场517

5.4　工艺装备的质量控制517

第4章　电加工机床检测的一般要求519

1　检测依据519

2　抽样519

3　测量不确定度评定519

4　粗大检验误差的判别520

5　首次检验结果出现“边缘数据”时的处理520

6　数据处理521

7　重要度521

8　满足度521

第5章　电火花加工机床的精度检测522

1 电火花加工机床精度检测的一般要求与特点522

2　电火花成形机的精度检验523

2.1　检验要求说明523

2.2　电火花成形机几何精度检验524

2.3　电火花成形机定位精度检验530

2.4　电火花成形机加工检验535

3　低速走丝电火花线切割机的精度检验536

3.1　检验要求说明536

3.2　低速走丝电火花线切割机几何精度检验537

3.3　低速走丝电火花线切割机数控精度检验540

3.4　低速走丝电火花线切割机工作精度检验542

4　高速走丝电火花线切割机的精度检验543

4.1　检验要求说明543

4.2　高速走丝电火花线切割机几何精度检验543

4.3　高速走丝电火花线切割机数控精度的检验546

4.4　高速走丝电火花线切割机工作精度检验547

第6章　电加工机床安全防护的检测548

1　机械安全防护548

1.1　防止划伤548

1.2　防止颠覆548

1.3　限位装置548

1.4　信号中断时的安全性548

1.5　电极夹持的可靠性549

1.6　储丝筒的安全运行549

1.7　联锁机构549

1.8　操作力549

1.9　操作性550

1.10　工作液系统550

2　电气安全防护550

2.1　控制系统可靠性550

2.2　急停功能551

2.3　“停止”器件551

2.4　脉冲电源电缆线的绝缘551

2.5　保护电路连续性551

2.6　绝缘电阻试验552

2.7　耐压试验553

2.8　电源适应能力553

2.9　电箱直接触电的防护553

2.10　电箱（壁龛）一般要求554

2.11　电箱防护等级554

2.12　电机555

2.13　照明555

2.14　其他555

3　电磁兼容性（EMC）555

3.1　适应项目555

3.2　要求555

3.3　检查555

4　防燃、防火（适用于使用可燃性工作液的电火花机床）555

4.1　工作液555

4.2　液面监控装置556

4.3　液温监控装置556

4.4　灭火器（适用于使用可燃性工作液的电火花机床）556

5　环境影响556

5.1　噪声556

5.2　油雾、烟雾（适用于电火花成形机类机床）557

6　其他557

6.1　使用说明书557

6.2　警示标志557

6.3　包装558

参考文献559