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激光定向能量沉积技术（LDED）是一种增材制造技术，用于成形具有复杂结构的零件。本书阐述了激光定向能量沉积的设备研制，介绍了激光定向能量沉积零件的组织性能特征、激光定向能量沉积的过程检测与智能控制，讲解了激光定向能量沉积中的修复再制造与绿色低碳制造，通过实例介绍了激光定向能量沉积技术在航空航天、汽车、能源、冶金、机械装备、模具领域的应用。
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| 內容簡介： |
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本书介绍了作者团队20余年来在激光定向能量沉积技术领域的研究成果，包括设备研制、工艺开发、材料表征与力学性能、检测与控制、制造及应用等内容。书中介绍了激光定向能量沉积技术的原理、特点与作用，阐述了激光定向能量沉积的设备研制，按照工艺流程论述了激光定向能量沉积技术的前处理、工艺开发及后处理，阐明了激光定向能量沉积零件的组织性能特征、激光定向能量沉积的过程检测与智能控制，讲解了激光定向能量沉积中的修复再制造与绿色低碳制造，例证了激光定向能量沉积技术在航空航天、汽车、能源、冶金、机械装备、模具领域的应用，并展望了激光定向能量沉积技术的研究前沿与发展趋势。本书内容编排深入浅出，广博新颖，专业性鲜明，体系完整，独创性显著，紧扣科技发展脉搏，聚焦战略新兴行业，浓缩作者团队在增材制造领域内的科学研究成果，适合作为高等学校相关专业师生，以及增材制造/修复技术相关领域研究人员的参考用书。
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| 關於作者： |
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刘伟军，工学博士，教授，博士导师；哈尔滨工业大学及东北大学兼职教授、博士生导师。沈阳工业大学机械工程学院院长，辽宁省复杂曲面数控制造技术工程中心主任，沈阳智能装备工程技术研究中心主任。发表学术论文200余篇，SCI和EI收录100余篇，出版专著2部
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目录前言第1章激光定向能量沉积技术导论1.1激光定向能量沉积技术概述1.1.1激光定向能量沉积技术的基本原理1.1.2激光定向能量沉积技术的主要特点1.1.3激光定向能量沉积技术的重要意义1.2激光定向能量沉积技术的发展历史1.2.1激光定向能量沉积技术的国外发展历史1.2.2激光定向能量沉积技术的国内发展历史1.3激光定向能量沉积技术的研究现状1.3.1模型建立与数据处理1.3.2材料及工艺研究1.3.3过程模拟与仿真1.3.4成形质量检测与分析1.3.5在线监测及闭环控制1.4激光定向能量沉积技术的应用现状1.4.1快速成型1.4.2结构添加1.4.3修复再制造参考文献第2章激光定向能量沉积的设备研制2.1激光定向能量沉积设备的需求分析2.2激光定向能量沉积设备的系统组成2.2.1激光传输系统2.2.2粉末送给系统2.2.3运动执行系统2.2.4气氛保护系统2.2.5计算机控制系统2.3激光定向能量沉积设备的工效学优化设计2.3.1激光定向能量沉积设备的情感融合优化设计2.3.2激光定向能量沉积设备的操作任务分析2.3.3激光定向能量沉积设备的人机交互界面优化2.3.4激光定向能量沉积设备的工效学优化效果评价2.4激光定向能量沉积设备的性能指标及应用参考文献第3章激光定向能量沉积的数据处理技术3.1STL模型的建立与优化3.1.1STL模型构造3.1.2STL模型文件格式3.1.3STL文件拓扑信息分析3.1.4拓扑重建的数据结构3.1.5STL文件拓扑信息重建3.2基于STL模型的分层算法3.2.1基于三角形信息组织形式的分层处理算法3.2.2容错分层方法3.2.3自适应分层方法3.2.4一致性误差分层方法3.3平行扫描路径规划方法3.3.1平行扫描特点与问题3.3.2自适应平行扫描路径规划3.3.3基于温度分区的平行扫描路径规划方法3.4环形扫描路径规划方法3.4.1环形扫描路径生成算法3.4.2层面轮廓的凸分解算法3.4.3分区适应性环形扫描路径生成算法参考文献第4章激光定向能量沉积技术的工艺开发4.1激光定向能量沉积成形过程的模拟仿真4.1.1激光定向能量沉积成形过程的仿真模型构建4.1.2宏观温度场的模拟仿真4.1.3宏观应力场的模拟仿真4.1.4热力耦合场的模拟仿真4.1.5微观组织演化的模拟仿真4.2激光定向能量沉积工艺参数优化4.2.1激光定向能量沉积单因素试验优化设计4.2.2激光定向能量沉积正交试验优化设计4.2.3激光定向能量沉积响应面优化设计4.2.4激光定向能量沉积逼近理想解排序法优化设计4.2.5激光定向能量沉积非支配排序遗传算法优化设计4.3激光定向能量沉积扫描策略优化4.3.1扫描策略对成形零件质量精度的影响4.3.2扫描策略对成形零件微观组织的影响4.3.3扫描策略对成形零件力学性能的影响参考文献第5章激光定向能量沉积零件的热处理5.1激光定向能量沉积GH4169合金热处理5.1.1GH4169合金热处理工艺5.1.2GH4169合金时效热处理显微组织5.1.3GH4169合金固溶时效热处理显微组织5.1.4GH4169合金固溶时效热处理力学性能5.2激光定向能量沉积TC17钛合金热处理5.2.1TC17钛合金热处理工艺5.2.2TC17钛合金时效热处理组织5.2.3TC17钛合金固溶时效热处理组织5.2.4TC17钛合金固溶时效热处理力学性能5.3激光定向能量沉积制件局部热处理方法5.3.1GH4169合金局部热处理组织性能5.3.2TC17钛合金局部热处理组织性能参考文献第6章激光定向能量沉积典型合金的组织性能6.1激光定向能量沉积典型粉末材料6.1.1典型金属材料6.1.2金属粉末的表征6.1.3金属粉末制备6.1.4金属粉末特性及其对制件影响6.2激光定向能量沉积合金组织6.2.1镍基合金显微组织6.2.2不锈钢显微组织6.2.3钛合金显微组织6.3激光定向能量沉积典型材料力学性能6.3.1镍基合金力学性能6.3.2不锈钢力学性能6.3.3钛合金力学性能6.4激光定向能量沉积钛基材料耐磨层摩擦磨损性能6.4.1激光定向能量沉积制备耐磨涂层6.4.2摩擦磨损测试及结果6.4.3基材磨损机制6.4.4沉积层表面磨损机制6.4.5颗粒强化机制6.4.6耐磨性强化机制参考文献第7章激光定向能量沉积过程的检测与控制7.1激光定向能量沉积熔池在线测量系统7.1.1熔池在线测量系统构成7.1.2传感器7.1.3数据采集卡7.1.4数据处理系统7.1.5反馈控制系统7.2激光定向能量沉积过程的动态辨识7.2.1系统辨识定义及分类7.2.2辨识算法7.2.3动态辨识及传递函数7.3激光定向能量沉积过程的PID控制7.3.1PID控制方法7.3.2PID控制应用实例7.4激光定向能量沉积缺陷超声无损检测7.4.1超声无损检测技术7.4.2超声检测的影响因素7.4.3微小缺陷识别方法7.5激光定向能量沉积零件残余应力检测7.5.1残余应力产生机制7.5.2残余应力检测方法参考文献第8章激光定向能量沉积再制造技术8.1激光定向能量沉积再制造技术概述8.1.1再制造工程8.1.2传统再制造技术8.1.3激光定向能量沉积再制造技术8.1.4激光定向能量沉积再制造技术优势8.1.5激光定向能量沉积再制造技术框架8.2面向激光定向能量沉积再制造的3D特征重构方法8.2.1失效部位的预处理8.2.2基于再制造的3D特征重构方法8.2.3缺损部位3D特征精度分析8.3激光定向能量沉积再制造工艺开发8.4激光定向能量沉积再制造质量控制8.4.1激光定向能量沉积过程质量影响因素分析8.4.2基于PSOBP神经网络的沉积层质量预测方法8.4.3BP神经网络模型的训练及测试参考文献第9章激光定向能量沉积绿色低碳制造9.1激光定向能量沉积过程碳排放特性分析9.1.1激光定向能量沉积过程碳排放特性9.1.2激光定向能量沉积过程碳排放边界分析9.2激光定向能量沉积过程碳排放模型9.2.1时间模型9.2.2激光发生器子系统碳排放分析9.2.3送粉子系统碳排放分析9.2.4进给子系统碳排放分析9.2.5冷却子系统碳排放分析9.2.6辅助子系统碳排放分析9.3激光定向能量沉积过程碳排放模型参数试验获取9.3.1试验设备9.3.2沉积材料9.3.3试验平台9.3.4试验参数获取9.4面向碳排放激光定向能量沉积工艺参数优化方法9.4.1激光定向能量沉积过程多目标优化问题描述9.4.2多目标工艺参数优化模型9.4.3约束条件9.4.4基于改进人工鱼群模型求解9.4.5算法求解步骤与流程9.4.6算法性能分析9.4.7优化结果分析9.5激光定向能量沉积过程碳排放对比试验9.5.1试验条件9.5.2试验验证参考文献第10章激光定向能量沉积的应用实例10.1航空航天领域中的应用10.1.1航空领域10.1.2航天领域10.2汽车领域中的应用10.3能源领域中的应用10.3.1风力发电机10.3.2核电站10.4冶金领域中的应用10.5机械行业中的应用10.5.1机床10.5.2流体机械10.5.3模具参考文献第11章激光定向能量沉积的研究前沿与发展趋势11.1激光定向能量沉积复合制造11.1.1复合多能场的激光定向能量沉积11.1.2复合多工艺的激光定向能量沉积11.2特殊材料的激光定向能量沉积11.2.1非晶合金11.2.2高熵合金11.2.3形状记忆合金11.2.4功能梯度材料11.3特殊结构的激光定向能量沉积11.3.1薄壁结构11.3.2悬臂结构11.3.3复杂曲面结构11.3.4点阵结构11.3.5仿生结构11.4激光定向能量沉积设备的发展趋势11.4.1高功率11.4.2可变焦11.4.3大尺寸11.4.4超高速11.4.5智能化11.4.6集成化11.5激光定向能量沉积技术的发展方向参考文献
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前言增材制造（3D打印）技术是近年来发展起来的新型制造技术。与传统减材制造过程截然相反，增材制造以三维数字模型为基础，将材料通过分层制造、逐层叠加的方式制造成三维实体，是集先进制造、智能制造、绿色制造、新材料、精密控制等技术于一体的新技术。增材制造技术从原理上突破了复杂异型构件制造的技术瓶颈，实现了材料微观组织与宏观结构的可控成形，从根本上改变了传统“制造引导设计、制造性优先设计、经验设计”的设计理念，真正实现了“设计引导制造、功能性优先设计、拓扑优化设计”。其制造材料涵盖了金属、非金属、陶瓷、复合材料等，制造尺度向大尺寸复杂构件与微纳精细结构两极化发展，制造地点由地表制造向星际、太空制造发展，应用领域由传统制造行业，如机械装备、航空航天、船舶海洋、国防军工、轨道交通等领域向新兴行业，如能源动力、生物医疗、康复产业、文物保护、文化创意、创新教育等领域纵深拓展。作为《中国制造2025》的发展重点，增材制造近几年蓬勃发展，围绕各领域重大需求发挥了显著的行业引领与示范作用。国内多家单位围绕增材制造技术陆续开展了较为深入的研究，依托“科研院所 上下游企业”立体化的产学研用合作模式，走出了具有中国特色的3D打印之路，为产业技术创新、军民深度融合、新兴产业、国防事业的兴起与发展开辟了巨大空间。激光定向能量沉积是增材制造技术中极具前景的热点技术，该技术突破了传统制造技术对零部件材料、形状、尺度、功能等制约，在不需要工模具的情况下，可制造绝大多数复杂的结构，可覆盖全彩色、异质、功能梯度材料，可跨越宏观、介观、微观、原子等多尺度，可整体成形甚至取消装配。增材制造技术作为未来制造业发展战略的核心，制造业的持续快速发展需要大力普及增材制造相关专业知识与技能，提升增材制造相关领域研究人员与技术人员的科学素养与知识储备。目前与激光定向能量沉积技术相关的参考资料和学习材料主要以论文或专利为主，相关书籍也主要是普及基础知识、介绍传统工艺，而以完整的知识体系、前沿的科学技术呈现的专业书籍较为缺乏，将学者深耕专业领域多年的研究成果加以总结，撰写成专业书籍的则更为少见。本书正是在此背景下进行创作的。作者团队在书中总结了其20多年来在增材制造领域的研究成果和产业化经验，汇集了其相关成果。全书共分11章，内容覆盖激光定向能量沉积技术的设备、软件、工艺、材料及应用等全流程，介绍了激光定向能量沉积技术的概念与原理、特点与作用以及发展历史，阐述了激光定向能量沉积的设备研制，按照工艺流程论述了激光定向能量沉积技术的前处理（数据处理）、工艺开发及后处理（热处理），介绍了激光定向能量沉积零件的组织性能特征，阐述了激光定向能量沉积的检测控制，论述了激光定向能量沉积中的再制造与绿色低碳制造，并例证了激光定向能量沉积技术在各领域的应用，最后展望了激光定向能量沉积技术的研究前沿与发展趋势。本书聚焦激光定向能量沉积领域的研究热点与前沿方向，兼顾该技术所涉及的前处理（数据处理）与后处理（热处理），融合激光熔覆技术拓展修复再制造工程应用，并创新性地将工效学优化及碳排放模型引入增材制造领域的科学研究之中，旨在展示增材制造领域的研究成果，推动增材制造技术产业化应用，提高增材制造从业人员的理论基础与专业素养，提升我国增材制造产业的整体技术水平和市场竞争力。本书可为激光增材制造领域的从业人员提供生产指导，还可为3D 打印工程、机械工程、工业工程、材料工程等相关领域的科研人员和高等院校相关专业的研究生提供理论帮助。本书由沈阳工业大学刘伟军、张凯、王慧儒等著，金嘉琦主审，刘伟军统稿。全书是由沈阳工业大学教师撰写，具体分工如下：第1章由刘伟军、张凯撰写；第2、11章由张凯、邢飞撰写；第3章由卞宏友撰写；第4章由王蔚撰写；第5、7章由王慧儒撰写；第6章由于兴福撰写；第8、9章由姜兴宇撰写；第10章由李强撰写。由于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，敬请广大读者批评指正。作者于沈阳
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