增材制造设计（DfAM）指南

2.1　材料挤出 16
2.2　材料喷射 19
2.3　黏结剂喷射 21
2.4　薄材叠层 23
2.5　立体光固化 25
2.6　粉末床熔融 28
2.7　定向能量沉积 30
2.8　复合增材制造 32
2.9　增材制造用于零件生产的技术成熟度 32
第3章　DfAM战略性的设计考虑 34
3.1　面向增材制造的设计导论 35
3.2　使用AM为产品增值 36
3.3　设计AM零件的一般指导原则 36
3.3.1　AM设计规则1 36
3.3.2　AM设计规则2 37
3.3.3　AM设计规则3 38
3.3.4　AM设计规则4 38
3.3.5　AM设计规则5 38
3.3.6　AM设计规则6 39
3.3.7　AM设计规则7 39
3.4　避免各向异性的设计 39
3.5　增材制造的经济学 40
3.6　尽量减少打印时间的设计 44
3.7　最小化后处理的设计 46
3.8　利用设计复杂性 53
3.9　功能第一，材料第二 53
3.10　使用拓扑优化或晶格结构 54
第4章　用于增材制造零件设计分析和优化的计算工具 57
4.1　对增材制造使用设计分析的目的 58
4.2　分析AM零件的特殊注意事项 58
4.2.1　材料数据 58
4.2.2　表面处理 58
4.2.3　几何 59
4.2.4　简化几何 59
4.2.5　基于网格的模型与参数化模型 59
4.2.6　几何变形 60
4.3　网格划分 60
4.3.1　参数化模型 60
4.3.2　基于网格的模型 60
4.4　边界条件 60
4.5　优化 61
4.6　拓扑优化 61
4.6.1　目标与约束 61
4.6.2　通用设置 62
4.6.3　后处理和解释结果 62
4.7　参数或尺寸优化 63
4.8　成型工艺仿真 63
4.8.1　逐层仿真 63
4.8.2　扫描模式仿真 63
4.8.3　局限性 64
第5章　零件合并准则 65
5.1　功能设计 66
5.2　材料方面的考虑 67
5.3　紧固件数量 68
5.4　使用传统DFM/DFA中的知识 68
5.5　组装注意事项 69
5.6　活动零件 69
5.7　常识 70
第6章　增材制造工具设计准则 71
6.1　安装夹具和导轨 72
6.2　随形冷却 73
6.3　冷却剂流动策略 74
6.4　冷却流道形状 75
6.5　冷却流道间距 76
6.6　AM工具复合制备方法 76
6.7　缩短工具成型时间 77
第7章　面向聚合物的增材制造设计 79
7.1　各向异性 80
7.2　壁厚 80
7.3　悬垂结构和支撑材料 81
7.4　孔 83
7.5　肋板 83
7.6　避免冗余的材料 84
7.7　小细节和字体大小 85
7.7.1　小细节 85
7.7.2　字体大小 85
第8章　聚合物设计准则 86
8.1　材料挤出设计 87
8.1.1　材料挤出的精度和公差 87
8.1.2　层厚 87
8.1.3　支撑材料 88
8.1.4　填充方式 88
8.1.5　其他考虑 89
8.1.6　特征类型：竖直壁厚 90
8.1.7　特征类型：水平壁面 90
8.1.8　特征类型：支撑材料悬垂角 91
8.1.9　特征类型：带有可溶性支撑的活动零件之间的间隙 91
8.1.10　特征类型：带有可去除支撑材料的活动零件之间的间隙 92
8.1.11　特征类型：竖直圆孔 92
8.1.12　特征类型：圆柱销 93
8.1.13　特征类型：内置螺纹 93
8.2　聚合物粉末床熔融设计 94
8.2.1　粉末床熔融的精度和公差 94
8.2.2　层厚 94
8.2.3　避免大量物料 95
8.2.4　粉末寿命和新粉率 95
8.2.5　特征类型：壁厚 95
8.2.6　特征类型：活动零件之间的间隙 96
8.2.7　特征类型：圆形轮廓通孔 97
8.2.8　特征类型：方形轮廓通孔 97
8.2.9　特征类型：圆柱销 98
8.2.10　特征类型：孔到墙边缘的接近度 98
8.3　立体光固化设计 99
8.3.1　分辨率 99
8.3.2　打印方向 99
8.3.3　支撑材料 100
8.3.4　悬垂 100
8.3.5　各向同性 100
8.3.6　中空零件和树脂去除 101
8.3.7　细节 101
8.3.8　水平桥 101
8.3.9　连接 101
8.3.10　特征类型：壁厚 102
8.3.11　特征类型：圆孔 102
第9章　金属增材制造的设计 103
9.1　金属粉末床熔融的设计准则 104
9.2　粉末床熔融的基础 105
9.3　金属粉末的制造过程 105
9.4　粉末形态（理想的粉末形状） 106
9.5　粉末粒度分布 107
9.6　粉末的其他注意事项 107
9.7　金属AM材料的特性 108
9.8　AM材料中的潜在缺陷 110
9.9　金属AM工艺 111
9.10　受控的混乱 114
9.11　金属AM的现状 115
9.12　拓扑优化 115
9.13　晶格结构 116
9.14　悬垂和支撑材料 120
9.14.1　打印具有较大水平面的零件 121
9.14.2　支撑材料的角度 121
9.14.3　无支撑的角、悬垂和桥 122
9.15　残余应力 124
9.15.1　减少残余应力的设计方法 125
9.15.2　残余应力最小化设计的示例 126
9.16　应力集中 129
9.17　水平孔 130
9.18　设置金属AM打印作业 131
第10章　金属增材制造指南 135
10.1　基于激光粉末床熔融技术的设计 136
10.1.1　特征类型：壁厚 136
10.1.2　特征类型：悬垂角 136
10.1.3　特征类型：活动零件之间的间隙 137
10.1.4　特征类型：竖直方向的槽和圆孔 138
10.1.5　特征类型：竖直方向的凸台和圆柱销 138
10.1.6　特征类型：内置外螺纹 139
10.2　基于电子束熔化技术的设计 139
10.2.1　后处理 140
10.2.2　设计准则 141
10.2.3　特征类型：壁厚 143
10.2.4　特征类型：竖直方向的槽和圆孔 144
10.2.5　特征类型：清除粉末所需的间隙 144
10.2.6　特征类型：螺钉和螺纹 145
10.3　基于金属黏结剂喷射技术的设计 145
10.3.1　收缩 146
10.3.2　零件致密度 146
10.3.3　最重要的设计准则 147
10.3.4　特征类型：壁厚 150
10.3.5　特征类型：悬垂结构 150
10.3.6　特征类型：圆孔 151
10.3.7　特征类型：溢粉孔 151
第11章　增材制造其他注意事项 153
11.1　设计师与机器操作员的合作 154
11.2　健康与安全 154
11.2.1　材料暴露 155
11.2.2　气体监测 155
11.2.3　气体排放 155
11.2.4　物料搬运 155
11.2.5　爆炸危险 156
11.3　增材制造零件认证 156
第12章　后处理 158
12.1　去除支撑材料 160
12.1.1　聚合物 160
12.1.2　金属 162
12.2　聚合物表面处理 168
12.2.1　蒸气平滑 168
12.2.2　滚筒磨光 170
12.2.3　染色 170
12.2.4　涂漆 171
12.2.5　表面纹理化 172
12.2.6　喷砂 173
12.2.7　机加工 173
12.2.8　金属化 173
12.2.9　覆膜 173
12.2.10　水纹 174
12.3　金属表面处理 174
12.3.1　喷丸处理 175
12.3.2　等离子清洗和离子束清洗 175
12.3.3　机加工和打磨 176
12.3.4　磨料流加工 176
12.3.5　阳极氧化 177
12.3.6　等离子喷涂 177
12.3.7　电镀和PVD 177
12.3.8　涂漆 178
12.4　黏结和焊接AM零件 178
12.5　热处理和时效处理 179
12.5.1　残余应力消除 179
12.5.2　热等静压 180
12.5.3　表面硬化和渗氮处理 181
第13章　增材制造的未来 182
13.1　功能梯度材料 183
13.2　生物打印 184
13.3　建筑应用 185
13.4　电子产品打印 186
13.5　纳米打印 187
13.6　食品打印 188
第14章　结束语 190
术语表 192
参考文献和拓展阅读 196