教材《智能制造数字化增材制造》——3D打印的端到端集成的增材制造解决方案

《智能制造数字化增材制造》作为智能制造类产教融合人才培养系列教材之一，以西门子工业软件相关技术平台为支撑。针对增材制造（ 3D打印）技术的应用，西门子工业软件提供了从需求驱动的创成式设计到 3D打印的端到端集成的增材制造解决方案，涵盖了面向增材制造的创新设计、仿真分析、打印准备以及生产运营，着力于实现增材制造的工业化应用。

本书以机械、汽车、模具、航空等行业应用为背景，结合面向增材制造的设计、仿真和生产的行业需求，在产品设计、预测性工程分析、 3D打印准备等方面介绍了数字化增材制造过程链，具体包括：面向增材制造应用的三维设计和验证，先进的晶格结构设计方法，基于逆向工程的三维打印，创成式设计及拓扑优化，增材制造前处理，多轴增材制造，过程仿真和后处理，以及典型行业中的零件打印实例。

本书针对具体案例，先介绍其设计原理和方法，然后以西门子工业软件的增材制造环境为基础，介绍操作过程，做到理论与实践相结合；同时运用了“互联网 +”形式，在重要知识点嵌入二维码，方便读者理解相关知识，进行更深入的学习。读者可通过逐步学习每个章节，掌握面向增材制造的先进设计理念，并通过案例实践掌握所学内容。本书可以作为高等职业院校和职业本科院校机械、模具、汽车类相关专业的教材，也可供从事产品设计和制造的技术人员使用。

△西门子数字工业软件Simcenter Testlab

前言
增材制造（Additive Manufacturing，AM）也称 3D打印，是相对于传统切削方式的减材制造和利用模具的等材制造，以材料累积为基本特征，通过不同的能量源与 CAD/ CAM技术相结合的制造方式。它正在推动创新并帮助企业克服生产障碍，通过减材、减重，扩展产品性能等方法来重塑产品，将产品变革从传统设计往面向增材制造的创新设计方面转移；通过消除开模、消除或简化装配等重组制造，将增材制造从原型应用 /试验应用往主流工业化生产方面转移，从而实现个性化、定制化、按需打印等，帮助企业重构业务。

但是，当企业试图采用增材制造这一新技术的时候，也面临一些限制。目前的实际情况是企业采用独立的应用系统，而它们常常不能一起工作或需要通过文件交换来协同，从而导致数据和流程管理的失控，因而企业需要消除这些障碍，将增材制造融入产品研发制造的实际过程，实现增材制造的工业化应用。

西门子股份公司不仅是工业 4.0的倡导者，更是工业领域实践的排头兵，它提供了数字化企业所必需的多学科专业领域最广泛的工业软件和行业知识，涵盖了机械设计、电子及自动化设计、软件工程、仿真测试、制造规划、制造运行等方面，可以帮助学校建立同时满足科研、实训与企业服务的产教融合平台。

为了满足企业对数字化增材制造的能力需求与人才需求，本书提供了从需求驱动的创成式设计到 3D打印的端到端集成的增材制造解决方案，涵盖了面向增材制造的创新设计、仿真分析、打印准备以及生产运营，着力于实现增材制造的工业化应用。同时运用了 “互联网 +”技术，在部分知识点附近设置了二维码，使用者可以用智能手机进行扫描，便可在手机屏幕上显示和教学内容相关的多媒体内容，方便读者理解相关知识，进行更深入的学习。


目录
第 1章增材制造技术概论
第 2章增材制造技术架构
2.1典型工艺
2.2关键设计方法
2.3全价值链软件集成
2.4增材制造构型
2.5面向增材制造的零件设计

第 3章增材制造的设计验证
3.1打印空间
3.2延展角度
3.3壁厚
3.4最小半径
3.5完全封闭空间体
3.6通道比率
3.7牢靠支撑
3.8打印时间
3.9过热分析
3.10优化部件方位

第 4章晶格构型
4.1晶格构型介绍
4.2晶格构型方法
4.3晶格构型体积定义
4.4产生晶格体
4.5连接晶格体
4.6清理晶格体
4.7自定义晶格体

第 5章基于逆向工程的三维打印
5.1零件修复案例
5.2案例操作步骤
5.3　逆向工程快速建模和优化

第 6章创成式设计及拓扑优化
6.1创成式设计和拓扑优化概述
6.2拓扑优化案例 1
6.3拓扑优化案例 2
6.4拓扑优化和约束
6.5拓扑优化案例 3

第 7章增材制造前处理
7.1建立打印环境
7.2设计支撑
7.3空间布置
7.4输出打印文件

第 8章多轴增材制造
8.1平面加工
8.2旋转加工
8.3机器人上的平面沉积工序

第 9章过程仿真和后处理