推薦序一
增材制造(俗稱3D打印),是一種通過簡單的二維逐層增加材料的方式直接成型三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的數(shù)字制造技術(shù)。理論上講,它僅通過簡單的“二維數(shù)字打印材料”,就可以直接制造出內(nèi)部結(jié)構(gòu)任意復(fù)雜、外部形狀和幾何尺寸不受限制的零件和結(jié)構(gòu),而且在逐點、逐線、逐層數(shù)字打印制造過程中,還可以靈活地數(shù)字控制零件不同部位的材料和性質(zhì)(取長補(bǔ)短地把不同材料“按需定制”于零件的不同部位),從而賦予構(gòu)件以傳統(tǒng)單一材料完全不具備的超常性能。增材制造技術(shù)的上述特點,使其成為當(dāng)前先進(jìn)制造、結(jié)構(gòu)設(shè)計和新材料等技術(shù)領(lǐng)域的國際前沿?zé)狳c研究方向。增材制造上述技術(shù)優(yōu)勢的充分發(fā)揮,必將引發(fā)裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計和生產(chǎn)制造模式的變革。
增材制造通過逐層材料添加的方式將數(shù)字模型制造成三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的原理,不僅突破了傳統(tǒng)制造技術(shù)對零件外形、幾何尺寸和內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的原理性制約,而且使廣大裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計人員可以充分利用和發(fā)揮增材制造技術(shù)的特點,徹底擺脫傳統(tǒng)制造技術(shù)對結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的長期禁錮枷鎖,放飛夢想,自由地進(jìn)行以產(chǎn)品性能最佳化為目標(biāo)的創(chuàng)新設(shè)計。
《增材制造設(shè)計(DfAM)指南》是國際上第一本詳細(xì)介紹增材制造設(shè)計(DfAM)的專著,詳細(xì)介紹了增材制造設(shè)計的規(guī)則、要素、工具和手段。相信中譯本的出版,將對促進(jìn)我國裝備結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計,提升裝備性能和裝備技術(shù)水平,以及推動增材制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用產(chǎn)生積極作用。
北京航空航天大學(xué)教授、大型金屬構(gòu)件增材制造
國家工程實驗室主任、中國工程院院士 王華明
推薦序二
等材制造、減材制造與增材制造三種制造工藝構(gòu)成了人類制造文明的歷史傳承,是人類在辯證統(tǒng)一下,對大自然規(guī)律認(rèn)知的升級。
兩千年前,老子有云“合抱之木,生于毫末;九層之臺,起于累土;千里之行,始于足下!痹诘厍蛏,一顆種子長成參天大樹是增材的過程;一個細(xì)胞成長為一個人,也是增材的過程,增材制造更加符合事物發(fā)展本質(zhì),順應(yīng)大自然規(guī)律。
增材技術(shù)作為一種使能技術(shù),能夠以功能和性能的產(chǎn)品設(shè)計為驅(qū)動和內(nèi)核,突破常規(guī)裝配和制造工藝限制,充分發(fā)揮制造的價值,是一種偉大的制造革命。當(dāng)今世界正發(fā)生、面臨、經(jīng)歷百年未有之大變局,我國正處于實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興關(guān)鍵時期,急需普及增材技術(shù)和思想,將其融入到人們生活、生產(chǎn)的全過程,成為人們奮力開創(chuàng)制造業(yè)復(fù)興新征程的重要助力。
在推動中國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中,我一直強(qiáng)調(diào)要“增減結(jié)合,取長補(bǔ)短,國際合作”。安世亞太組織翻譯的《增材制造設(shè)計(DfAM)指南》是全球第一本增材制造設(shè)計專著,體現(xiàn)了“國際合作,洋為中用”的全球化思想,非常具有理論意義和實踐意義。
《增材制造設(shè)計(DfAM)指南》強(qiáng)調(diào)增材思維驅(qū)動,從設(shè)計端著手,為產(chǎn)品功能設(shè)計而不是常規(guī)的為裝配和制造工藝限制的設(shè)計,充分發(fā)揮增材能夠打印足夠復(fù)雜的產(chǎn)品的核心優(yōu)勢。
該書詳細(xì)分享了在增材制造設(shè)計上必須考慮的設(shè)計準(zhǔn)則、設(shè)計方法和途徑,本書中譯本將為我國增材產(chǎn)業(yè)從業(yè)者、工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、工藝和制造人員,帶來全方位的、以增材思維為驅(qū)動的增材制造設(shè)計細(xì)節(jié)知識和工程應(yīng)用經(jīng)驗分享。
第四次工業(yè)革命的標(biāo)桿性技術(shù)正對經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大影響,從簡單的數(shù)字化(第三次工業(yè)革命的成果)到基于技術(shù)融合的創(chuàng)新(第四次工業(yè)革命)正迫使企業(yè)重新審視經(jīng)營方式和產(chǎn)品研發(fā)方式,增材制造作為顛覆性的創(chuàng)新技術(shù),必將驅(qū)動第四次工業(yè)革命,從產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)到制造與運營。
無論如何,增材制造設(shè)計帶來的產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新和革命一定是最基礎(chǔ)、重要和核心的。接受增材思維驅(qū)動的增材制造設(shè)計的洗禮、思考和實際踐行,讓人們更加自信地迎接第四次工業(yè)革命的到來。
中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟榮譽(yù)顧問 林宗棠
譯者序 The Translator’s Words
直到現(xiàn)在,不少人提到增材制造或3D打印時,還是將其等同于車、銑、刨、磨或快速成型的一種新工藝技術(shù),將其定位在單件或小樣加工的場景,想到的只是實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、輕量化、個性化以及快速樣品制作,最多再加上壓縮零部件供應(yīng)鏈,實現(xiàn)中間件的零庫存等。而增材制造的價值僅止于此嗎?實際上,增材制造的獨特優(yōu)勢在于,作為在數(shù)字技術(shù)驅(qū)動下回歸自然界“生長造物”的新方法,增材制造設(shè)備有充分的時空窗口對建造物質(zhì)的物性進(jìn)行細(xì)粒度、高分辨率的主動控制,所輸出的三維實體既承載了高密度的形狀信息,也被附加了高分辨率的材料物性信息,使得最終制品的成型與定性得以同步完成。
我們認(rèn)為,增材制造將更精密的設(shè)計信息承載到物理實體上,意味著所生成的制品具有更強(qiáng)的功能性,進(jìn)而能夠帶來性能的飛躍。因此,在實現(xiàn)材盡其能、物盡其用,釋放復(fù)雜成型能力的表象下,增材制造的真正價值在于回歸設(shè)計本源,回歸產(chǎn)品功能,重塑增材思維,實現(xiàn)造物不止于形的造物革命;谠霾乃季S的先進(jìn)設(shè)計與智能制造,從根本上改變了傳統(tǒng)制造未站在系統(tǒng)高度把握產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計和制造過程,造成設(shè)計與工藝以及工藝與材料各自為政、嚴(yán)重脫節(jié),甚至相互割裂對立的現(xiàn)實局面,破解了前三次工業(yè)革命遺留下來的設(shè)計制造一體化困局。作為新一代的物質(zhì)生產(chǎn)技術(shù),增材制造技術(shù)將與新一代信息技術(shù)深度融合,成為第四次工業(yè)革命的核心技術(shù)引擎。
而增材制造設(shè)計(Design for Additive Manufacturing,DfAM,簡稱增材設(shè)計)就是安世亞太提出的基于增材思維的先進(jìn)設(shè)計與智能制造整體解決方案(見圖1)中的一塊重要基石。雖然增材設(shè)計名義上被認(rèn)為是應(yīng)用于增材制造工藝的可制造性設(shè)計(DFM),但由于它在關(guān)注增材制造工藝的商業(yè)化應(yīng)用過程中實現(xiàn)對零件、組件甚至系統(tǒng)的重新設(shè)計,因此其內(nèi)涵遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)的DFM,而成為基于增材思維的先進(jìn)設(shè)計與智能制造新一代造物革命下的全新設(shè)計范式。
圖1 基于增材思維的先進(jìn)設(shè)計與智能制造(來源:安世亞太)
所以,當(dāng)我們看到瑞典隆德大學(xué)的三位學(xué)者——奧拉夫·迪格爾(Olaf Diegel)教授、阿克塞爾·諾。ˋxel Nordin)博士和達(dá)米恩·莫特(Damien Motte)博士在2019年5月出版的全球第一本增材設(shè)計專著——《A Practical Guide to Design for Additive Manufacturing》時,就在第一時間購入并進(jìn)行評估,確認(rèn)這是一本高水平的專著后立刻聯(lián)系出版社和作者,啟動中文版權(quán)商談和中文版翻譯工作。
圖2 奧拉夫·迪格爾教授和他的3D打印吉他(來源:3dnatives.com)
2019年8月,奧拉夫·迪格爾教授在接受PLM Group媒體采訪時,談到了寫作本書的起因:人們看待增材制造技術(shù)的(另)一個極端,就是把它作為完全取代減材制造等傳統(tǒng)工藝的“點金術(shù)”,而實際上增材制造和減材制造應(yīng)該是互補(bǔ)的關(guān)系;加速增材制造技術(shù)大規(guī)模商用化的關(guān)鍵,是學(xué)習(xí)增材設(shè)計;為了服務(wù)廣大增材設(shè)計和制造從業(yè)人員,縮短學(xué)習(xí)曲線,避免重復(fù)發(fā)明輪子,撰寫了這本書。這一理念與安世亞太倡導(dǎo)的“基于增材思維的先進(jìn)設(shè)計”不謀而合。
本書就如何基于增材工藝設(shè)計零件、組件以獲取成本和性能的最大收益,提供了詳盡的指南并列舉了豐富的案例,包括增材制造導(dǎo)論、增材制造工藝、增材設(shè)計戰(zhàn)略、增材設(shè)計分析優(yōu)化工具、零件合并準(zhǔn)則、增材工藝工具設(shè)計準(zhǔn)則、面向聚合物和金屬的增材設(shè)計、后處理、增材制造的健康安全和零件認(rèn)證以及增材制造的未來等內(nèi)容。作為全球第一本增材設(shè)計專著,本書的中譯本將給我國增材產(chǎn)業(yè)從業(yè)者以及工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、工藝和制造人員帶來全方位的以增材思維驅(qū)動的增材設(shè)計細(xì)節(jié)知識和工程應(yīng)用經(jīng)驗分享。
安世亞太科技股份有限公司增材業(yè)務(wù)部門組織了專業(yè)過硬、陣容強(qiáng)大的團(tuán)隊來翻譯本書。段海波博士翻譯了本書的初稿。黃科博士、唐天博士、包剛強(qiáng)和段海波博士組成四人小組負(fù)責(zé)術(shù)語統(tǒng)一工作。謝琰軍博士和包剛強(qiáng)負(fù)責(zé)模板設(shè)計。謝琰軍博士和張亦舒負(fù)責(zé)第1、4、5、6章的翻譯,黃科博士、張浩博士、左乾隆和黎萬喬負(fù)責(zé)第2、9、11、12章的翻譯,張效軍負(fù)責(zé)第3章的翻譯,唐天博士負(fù)責(zé)第7、8章的翻譯,賀進(jìn)和包剛強(qiáng)負(fù)責(zé)致謝、前言、第10、13、14章的翻譯,黃科博士、唐天博士和賀進(jìn)負(fù)責(zé)縮略詞和術(shù)語表的翻譯。賀進(jìn)和張亦舒負(fù)責(zé)版本管理和合稿。包剛強(qiáng)負(fù)責(zé)書稿校對、審閱和項目管理。壽曉星負(fù)責(zé)商談版權(quán)和聯(lián)系出版事宜。安世亞太科技股份有限公司董事長張國明先生對本書的引進(jìn)和翻譯工作給予了最大支持。
在本書的翻譯出版過程中,得到了三位作者、Springer出版公司和機(jī)械工業(yè)出版社華章分社的大力支持,王華明院士和林宗棠老先生為本書撰寫了推薦序,在此一并表示感謝。
期待本書能為推動我國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展和工業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新與換代升級貢獻(xiàn)一份力量。
段海波 包剛強(qiáng)
2020年7月