3D列印入門與應用 (電子書) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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鄭正元

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科技前沿系列：數位製造的革新浪潮——從藍圖到實體 本書特色： 深度剖析數位製造核心技術： 完整梳理當代主流的積層製造（Additive Manufacturing, AM）技術原理、材料科學與後製程工藝。 聚焦產業應用轉型： 詳盡介紹金屬、高分子及複合材料在航空航太、醫療器械、汽車工業及消費品設計中的實戰案例與效益評估。 強調設計思維的轉變： 闡述如何運用拓撲優化、生成式設計等先進理念，突破傳統製造的限制，實現零件輕量化與功能集成。 詳盡的實務操作指南： 涵蓋從 3D 掃描、逆向工程到 CAD/CAM 工作流程的關鍵步驟，為工程師、設計師及技術人員提供可立即應用的知識體系。 --- 內容概述 在二十一世紀的工業版圖中，數位製造（Digital Manufacturing）已不再是遙不可及的未來概念，而是正在重塑全球供應鏈與產品開發週期的核心驅動力。本書《科技前沿系列：數位製造的革新浪潮——從藍圖到實體》旨在為專業人士與學術研究者提供一套全面、深入且具實務指導意義的知識體系，用以理解和掌握積層製造技術（常被稱為 3D 列印）的完整生命週期與前瞻應用。 本書的架構精心設計，由基礎理論的建立，逐步深入到複雜的材料科學與系統整合，最終聚焦於產業落地與未來趨勢的研判。 第一部：數位製造的基礎與理論框架 本部分為讀者奠定堅實的理論基礎，解析「積層製造」如何從概念走向實際的生產線。我們首先從歷史脈絡切入，闡述從 CNC 加工等減法製造到積層製造的範式轉移，強調其在複雜幾何、客製化生產方面的獨特優勢。 接著，書籍詳細剖析了當代工業級 AM 技術的分類體系。這不僅限於常見的熔融沉積成型（FDM）或光固化（SLA），更著重於高精度、高複雜度的技術，例如： 粉末床熔融技術 (Powder Bed Fusion, PBF)： 深入探討選擇性雷射燒結 (SLS) 和選擇性雷射熔化 (SLM) 的物理機制，包括粉末粒徑分佈、雷射參數對燒結緻密性的影響，以及殘留應力控制的挑戰。 定向能量沉積 (Directed Energy Deposition, DED)： 解析其在修復大型部件、製造複雜結構中的角色，並比較使用線材與粉末作為原料的工藝差異。 材料噴射技術 (Material Jetting) 與黏合劑噴射 (Binder Jetting)： 針對多材料組裝、全彩成型及高產能需求下的技術瓶頸與解決方案進行探討。 第二部：材料科學與製程優化 數位製造的效能極大程度上取決於材料的選擇與後續的處理。本書投入大量篇幅專門探討這方面的專業知識，這也是區分「玩具級」與「工業級」應用差異的關鍵。 在高分子材料方面，我們探討了高性能工程塑膠（如 PEEK、PEI）在 AM 環境下的流變行為、熱穩定性及機械性能衰減問題。對於金屬材料，重點在於理解不同合金（如鈦合金、鎳基超合金）在快速熔化與凝固過程中產生的微觀結構變化，如何影響部件的疲勞壽命與抗蠕變性能。 此外，本書強調後製程（Post-Processing）的重要性。從移除支撐結構、熱等靜壓處理 (HIP) 以消除內部孔隙，到表面光潔度的精細化處理，這些步驟被視為成品性能的決定性環節。我們提供了詳細的工藝參數對比表，幫助讀者選擇最適合其應用需求的處理方案。 第三部：設計哲學的轉變與軟體工具鏈 傳統製造受限於刀具路徑和模具設計，但數位製造徹底解放了設計的自由度。本書的核心價值之一，即在於引導工程師掌握面向積層製造的設計 (Design for Additive Manufacturing, DfAM) 理念。 專章介紹了幾項顛覆性的設計技術： 1. 拓撲優化 (Topology Optimization)： 如何利用有限元素分析 (FEA) 軟體，讓演算法根據載荷邊界條件自動生成最輕、最強的結構佈局。 2. 生成式設計 (Generative Design)： 探討如何將設計目標（如材料成本、製造時間、性能指標）輸入軟體，讓系統生成數百種潛在設計方案。 3. 晶格結構與點陣材料 (Lattice Structures)： 深入研究如何利用微觀晶格結構來精確控制部件的力學響應、導熱性，尤其在生物醫學植入體中的應用。 軟體工作流程方面，書籍詳細分析了從 CAD 建模到切片軟體 (Slicer) 參數設定的完整鏈條，特別關注如何處理複雜的內部結構與優化支撐結構的生成與移除策略，以最小化材料浪費與製造成本。 第四部：前瞻應用與產業生態系統 本書的最後部分將理論與實踐緊密結合，展示數位製造在關鍵產業中的成熟應用案例，並展望其對供應鏈的深遠影響。 航空與國防： 分析如何利用 AM 技術製造一體化、高性能的燃氣輪機部件，實現零件數量的大幅減少與維護成本的降低。 醫療與植入物： 探討客製化骨科植入物、牙科矯正器以及個性化藥物（Printable Pharmacy）的發展現狀，強調生物相容性材料的選用標準。 工業 4.0 與分散式製造： 討論如何利用數位檔案和 AM 技術實現按需生產（On-Demand Manufacturing），縮短產品上市時間，並降低傳統庫存的壓力。我們也探討了數位孿生 (Digital Twin) 技術在監控 AM 設備運行狀態中的應用。 本書不僅是技術手冊，更是一份戰略指南，旨在幫助企業和專業人士在數位製造的浪潮中，有效規劃投資、培養團隊技能，並最終實現產品創新與製造效率的雙重飛躍。其內容的深度與廣度，確保讀者能夠從概念層面到操作層面，全面掌握新一代製造技術的精髓。