《Additive Manufacturing of Metals: The Technology, Materials, Design and Pr...

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《Additive Manufacturing of Metals: The Technology, Materials, Design and Production》
金属增材制造：技术、材料、设计和生产
作者：
Li Yang
Louisville, KY
USA
Keng Hsu
Tempe, AZ
USA
Brian Baughman
Surprise, AZ
USA
Donald Godfrey
Phoenix, AZ
USA
Francisco Medina
Knoxville, TN
USA
Mamballykalathil Menon
Gilbert, AZ
USA
Soeren Wiener
Scottsdale, AZ
USA
出版社：Springer
出版时间：2017年

《Additive Manufacturing of Metals: The Technology, Materials, Design and Production》

《Additive Manufacturing of Metals: The Technology, Materials, Design and Production》

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《Additive Manufacturing of Metals: The Technology, Materials, Design and Production》

目录
1 Introduction to Additive Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Brief History of AM Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Distinctions and Benefits of Additive Manufacturing . . . . . . . . . . 5
1.3 Additive Manufacturing Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.1 Material Extrusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.2 Vat Polymerization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.3 Material Jetting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.4 Metal Additive Manufacturing Overview . . . . . . . . . . . . . 18
1.3.5 Sheet Lamination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.6 Powder Bed Fusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.3.7 Binder Jetting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3.8 Directed Energy Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4 Developmental Additive Manufacturing Technologies . . . . . . . . . 24
1.4.1 Continuous Liquid Interface Production . . . . . . . . . . . . . . 24
1.4.2 Directed Acoustic Energy Metal Filament Modeling. . . . . 26
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2 Additive Manufacturing Process Chain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1 Generation of Computer-Aided Design Model of Design . . . . . . . 33
2.2 Conversion of CAD Model into AM Machine Acceptable
Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3 CAD Model Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3.1 STL File Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.2 Support Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.3 Build File Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.4 Machine Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.5 Build Removal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.6 Post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3 Microstructure, Mechanical Properties, and Design
Considerations for Additive Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2 Specimen Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3 Design Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.4 Grain Size. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.5 Tensile Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.6 Fatigue Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.7 Creep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.8 Fracture Tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.9 Influence of Dispersoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.10 Electron Beam Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.11 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4 Electron Beam Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.1 Additive Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.1.1 Powder Bed Fusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.1.2 Electron Beam Melting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.1.3 Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.1.4 Powder Metallurgy Requirements for EBM . . . . . . . . . . . 67
4.2 Powder Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.2.1 Gas Atomization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.2.2 Induction Plasma Atomization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2.3 Armstrong Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2.4 Hydride-Dehydride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.3 Powder Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.4 Parameter Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.5 Build Setup and Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5 Design for Additive Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.2 Material Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.3 General Design Consideration for AM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.4 Support Structure Designs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.5 Design Consideration for Powder Bed Fusion Metal AM. . . . . . . 103
5.6 Design for Lightweight Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
5.6.1 Geometric Design for Lightweight Structures . . . . . . . . . . 122
5.6.2 Material/Process Design for Lightweight Structures . . . . . 147
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
6 The Additive Manufacturing Supply Chain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.1 Production Components Using Metals Powder
Bed Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.1.1 Overview of Current State. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.1.2 Steps Toward a Production Process. . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.1.3 Future Considerations of Metals Additive
Manufacturing of Production Parts . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.2 Logistics Changes as a Result of 3D Printing. . . . . . . . . . . . . . . . 164
6.2.1 Examples of Additive Manufacturing Transforming
the Supply Chain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.3 The Next 20 Years—Where the Metal 3D Printing Supply
Base Is Headed. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.3.1 From the Perspective of Components
and Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.3.2 From the Perspective of Logistics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167


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