基于3D打印技術的產品創(chuàng)新設計與研發(fā)
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- 作者:陳鵬
- 出版時間:2016/8/1
- ISBN:9787121297823
- 出 版 社:電子工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TS853
- 頁碼:228
- 紙張:膠紙版
- 版次:1
- 開本:16K
本書從3D打印技術在新產品研發(fā)中的應用維度來系統(tǒng)探究新產品創(chuàng)新設計與研發(fā)。本書介紹了3D打印技術的基本原理、主要特點、研究現狀、發(fā)展趨勢和工程應用等,探討了3D打印技術的基本工藝、成形設備和典型設備的使用方法,闡述了三維數字化建模技術、裝配建模技術、機構運動仿真技術和開源硬件技術及其在新產品研發(fā)中的應用,并結合創(chuàng)意產品、教育機器人和機電產品的典型新產品研發(fā)工程案例,系統(tǒng)總結了3D打印技術在新產品創(chuàng)新設計與研發(fā)中的應用方法。
基于3D打印技術的產品創(chuàng)新設計與研發(fā)前言
3D打印技術最早稱為快速成形技術或快速原型制造技術,誕生于20世紀80年代后期,是在現代CAD/CAM技術、機械工程技術、分層制造技術、激光技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術,以及新材料技術的基礎上集成發(fā)展起來的一種先進制造技術?梢宰詣印⒅苯、快速、精確地將設計思想轉變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵,從而為零件原型制作、新設計思想的校驗等提供一種高效低成本的實現手段。
傳統(tǒng)制造技術是“減材制造技術”,3D打印則是“增材制造技術”,它具有數字制造、分層制造、堆積制造、直接制造、快速制造等明顯特點。3D打印技術內容涵蓋了產品生命周期前端的“快速原型”和全生產周期的“快速制造”相關的所有打印工藝、技術、設備和應用。
移動互聯網、大數據、云計算、數字化設計與制造、開源軟硬件、3D打印等新技術的出現,讓社會大眾可以方便地將創(chuàng)意快速轉化為現實產品,大大降低創(chuàng)新創(chuàng)造的門檻和成本。3D打印技術、機器人技術、可穿戴計算技術、智能材料技術及開源硬件技術等正在賦予人類更強的創(chuàng)造發(fā)明的力量。
當前,市場競爭愈演愈烈,產品更新換代加速。制造業(yè)企業(yè)要保持新產品在國內外市場的競爭力,迫切需要在新產品開發(fā)中加大投入力度、增強創(chuàng)新意識的同時,積極采用先進的創(chuàng)新手段。3D打印技術為新產品研發(fā)提供了一條極具成本價值的路徑并能夠完成反復的設計迭代,在關鍵開發(fā)的初始階段,及時掌握產品設計反饋的信息,對新產品設計極有幫助,不僅可以迅速修改,降低成本,而且能夠縮短新產品的上市時間,很快取得社會效益和經濟效益。產品原型制作由于能夠優(yōu)化新產品的設計和開發(fā),有效地縮短新產品研發(fā)周期,提升研發(fā)成功率,因而在新產品研發(fā)中得到了廣泛的應用。3D打印技術在新產品設計與研發(fā)中的應用主要分為三個方面:一是快速原型制作,二是新產品開發(fā)過程中的設計驗證與功能驗證,三是終端產品直接制造。
如何充分利用3D打印技術的優(yōu)勢,結合新產品創(chuàng)新設計與研發(fā),改革傳統(tǒng)工程教育模式,系統(tǒng)性地培養(yǎng)新產品研發(fā)工程師的新產品創(chuàng)新設計與研發(fā)能力?本書結合編者近五年的教學改革和科研實踐經驗,系統(tǒng)地探索上述問題的現實解決之道。本書正是立足于新產品研發(fā)工程師創(chuàng)新設計與研發(fā)能力培養(yǎng)為本的全新視覺,闡述在高等工程教育中,基于3D打印技術培養(yǎng)新產品研發(fā)工程師的現實途徑。
本書既是編者五年3D打印技術理論研究與實踐探索的結晶,也是江西省“卓越工程師教育計劃”試點專業(yè)多年來人才培養(yǎng)模式改革的成果總結,更是近年來基于3D打印技術培養(yǎng)創(chuàng)新研發(fā)型新產品研發(fā)工程師的實踐經驗總結。本書的特點主要表現在以下方面:
先進性。編者在3D打印技術掀起第三次工業(yè)革命的背景下,面向新產品研發(fā)工程師的教育培養(yǎng),系統(tǒng)性地介紹了前沿性的3D打印工藝,并開拓性地提出3D打印新技術在創(chuàng)意產品、機器人產品和機電產品中的應用。
綜合性。本書研究的內容注重機械工程、工業(yè)設計、材料工程、增材制造等多學科知識與工程技術的交叉滲透,打破傳統(tǒng)專業(yè)門類對學生知識結構和能力體系的束縛,突破傳統(tǒng)學科、專業(yè)培養(yǎng)體系的樊籬,力求基于新產品研發(fā)的生命周期理論和模式,培養(yǎng)具有高創(chuàng)造性的新產品研發(fā)工程師。
創(chuàng)造性。本書所涉及的多個新產品創(chuàng)新設計與研發(fā)工程案例均來源于工程實際,具有新穎性、獨特性和創(chuàng)造性,其中多項產品申請了發(fā)明專利與實用新型專利,大部分目前已經獲得國家知識產權局的專利授權。創(chuàng)造性運用3D打印技術開展多項新產品研發(fā)的工程創(chuàng)造實踐,重點培養(yǎng)工科學生的新產品創(chuàng)新設計與研發(fā)能力。
借鑒性。本書所采用的新產品創(chuàng)新設計與研發(fā)方法是編者五年來在高等工程教育人才培養(yǎng)模式改革實踐中不斷反思、總結、提煉和優(yōu)化的教育新成果。多年的工程教育改革實踐表明:3D打印技術、三維數字化技術和開源硬件技術的融合與創(chuàng)新應用,不僅激發(fā)了工科學生的學習興趣與創(chuàng)造熱情,而且大幅度提高了學生的工程實踐能力、數字化產品開發(fā)技術應用能力、產品創(chuàng)新設計與研發(fā)能力,為制造業(yè)企業(yè)轉型升級的需要,培養(yǎng)了一批產品創(chuàng)新設計與研發(fā)人才。
基于上述特點,編者期待本書不僅能夠為高校創(chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)的教育管理人員、廣大教師和學生,企業(yè)從事新產品研發(fā)工作的管理人員、工程技術人員,以及高等工程教育研究者提供有價值的參考,而且能為政府教育行政管理部門、行業(yè)機構、企業(yè)組織及其他利益相關者提供有價值的建議和參考。
本書力求嚴謹細致,然而,限于編者的水平及新產品研發(fā)工作的復雜性、艱巨性和長期性,本書一定存在缺點和不足,期待能夠得到兄弟院校的同人、企業(yè)和社會各界專家學者的批評指正。
在本書寫作過程中,得到了編者的學生創(chuàng)客李云蘭、梅永亮、趙國建、王春喜、徐文超、姚志良、杜巧勇、劉文祥等的鼎力相助,梅永亮負責了差速器智能演示小車的研發(fā)工作,李云蘭負責了教育機器人和創(chuàng)意花瓶的研發(fā)工作,趙國建、王春喜負責了創(chuàng)意筆筒的研發(fā)工作,徐文超負責了微型硬幣清分機的研發(fā)工作。他們在編者的創(chuàng)客教育培養(yǎng)理念下不斷成長,在新產品研發(fā)中集體表現出的開拓進取精神與創(chuàng)新實踐能力讓身為導師的編者倍感欣慰,在此一并表示衷心的感謝,感謝他們?yōu)樾庐a品研發(fā)所付出的汗水與智慧,感謝他們讓編者的創(chuàng)客教育改革積累了寶貴的實踐經驗,更感謝他們讓編者更加堅定了自己的創(chuàng)客教育理想。
希望本書的出版不僅能夠聚焦和引導人們對3D打印技術創(chuàng)新工程教育人才培養(yǎng)模式的關注點,而且能夠切實可行地為新產品研發(fā)工程師等優(yōu)秀工程科技人才培養(yǎng)的改革和發(fā)展起到拋磚引玉的作用,為推動教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的順利有效實施盡綿薄之力。
編者2015年12月目錄目錄
陳鵬,江西余干人,宜春學院物理科學與工程技術學院副教授,長期從事產品創(chuàng)新設計、研發(fā)及教育教學工作。主持與參與國家自然基金、江西省教育規(guī)劃項目、江西省社科規(guī)劃項目、江西省教學改革研究項目等各級項目10余項。
第1章3D打印技術
1.13D打印技術概述
1.23D打印技術原理及特點
1.33D打印技術的發(fā)展現狀
1.3.1國際3D打印技術發(fā)展狀況
1.3.2我國3D打印技術的發(fā)展
1.3.33D打印技術發(fā)展趨勢
1.43D打印技術的工程應用
1.4.13D打印技術應用領域
1.4.23D打印技術應用案例
第2章3D打印工藝
2.13D打印工藝技術概述
2.23D打印的工藝過程
2.3非金屬材料3D打印工藝技術
2.3.1光固化成形
2.3.2選區(qū)激光燒結
2.3.3熔融沉積成形
2.3.4三維立體打印
2.4金屬材料3D打印工藝技術
2.4.1激光選區(qū)熔化
2.4.2激光近凈成形
2.4.3電了束熔絲沉積
2.4.4電子束選區(qū)熔化
第3章3D打印機
3.1光固化成形設備
3.2選區(qū)激光燒結設備
3.3熔融沉積成形設備
3.4三維立體打印設備
3.5激光選區(qū)熔化設備
3.6激光近凈成形設備
3.7電子束選區(qū)熔化設備
3.8電子束熔絲沉積設備
第4章Pro/Engineer三維數字化建模技術
4.1Pro/Engineer特征建模
4.2Pro/Engineer設計工具
4.3Pro/Engineer參數化技術
4.4工程案例
4.4.1支架的特征建模
4.4.2直齒圓柱齒輪的參數化建模
第5章Pro/Engineer裝配建模與機構運動仿真
5.1裝配建;竟δ
5.2裝配建模
5.2.1約束裝配
5.2.2連接裝配
5.3裝配模型的創(chuàng)建與修改
5.3.1在裝配模型中創(chuàng)建零件
5.3.2在裝配模型中修改零件
5.4機構運動仿真
5.4.1機構運動仿真原理
5.4.2機構運動仿真概述
5.4.3Pro/Engineer機構運動仿真
5.5裝配建模實訓項目
5.5.1滑塊曲柄機構裝配建模及運動仿真
5.5.2振蕩凸輪裝配建模及運動仿真
5.5.3齒輪油泵裝配建模及運動仿真
第6章應用3D打印機制作產品
6.1應用熔融沉積成形工藝制作產品
6.1.1創(chuàng)意筆筒的三維建模
6.1.2產品三維模型的數據處理
6.1.3應用FDM工藝制作產品
6.1.4MakerBot Replicator Z18問題解決
6.2應用立體光固化成形工藝制作產品
6.2.1洗發(fā)瓶噴嘴的三維建模
6.2.2產品三維模型的數據處理
6.2.3洗發(fā)水噴嘴的快速成形制作
6.2.4MPS280激光快速成形機操作規(guī)程
第7章3D打印創(chuàng)意產品設計與研發(fā)
7.1創(chuàng)意產品設計與研發(fā)
7.1.13D打印技術在創(chuàng)意設計中的價值
7.1.23D打印技術在產品創(chuàng)意中的應用
7.23D打印創(chuàng)意筆筒設計與研發(fā)
7.33D打印創(chuàng)意花瓶設計與研發(fā)
第8章3D打印教育機器人產品設計與研發(fā)
8.1教育機器人
8.1.1教育機器人概況
8.1.2教育機器人產品
8.23D打印六足教育機器人的設計與研發(fā)
8.33D打印八足教育機器人的設計與研發(fā)
8.4項目總結
第9章3D打印機電產品研發(fā)的項目實踐
9.1開源硬件
9.1.1開源硬件開發(fā)平臺
9.1.2積木式開源硬件
9.23D打印微型硬幣清分機設計與研發(fā)
9.3差速器智能演示小車的設計與研發(fā)
參考文獻