新書發(fā)布《增材制造三周期極小曲面仿生超材料》

來源：華中機械

叢書背景

“3D打印前沿技術“叢書是在“中國制造2025”的背景下，組織3D打印領域的專家學者編撰的一套反映理論和技術進步的叢書，盧秉恒院士為叢書總顧問，史玉升教授為叢書總主編。

叢書英文版與Elsevier聯(lián)合出版。

已出版品種

經過不斷積累，該叢書目前已出版17種（中文版12種，英文版5種）?！对霾闹圃烊芷跇O小曲面仿生超材料》為第17種，其余3種選題正陸續(xù)出版中。

出版前言

增材制造(AM)是一項集機械、計算機、數(shù)控、材料等不同學科于一體的新型數(shù)字化先進制造技術，它采用分層制造、逐層疊加原理，理論上可成形任意復雜結構。這種新的先進制造技術可將傳統(tǒng)面向工藝的零部件設計轉變?yōu)槊嫦蛐阅艿娜略O計，被稱為當今制造業(yè)的一場革命。激光選區(qū)熔化(SLM)是一種粉末床熔融增材制造工藝，通過選擇性地熔化金屬粉末層，能夠制造出接近完全致密、幾何形狀復雜的金屬構件。因此，與傳統(tǒng)制造技術相比，SLM技術在成形具有可控的單元拓撲、尺寸和孔隙度的金屬周期性點陣結構方面具有明顯優(yōu)勢。

近年來，人們利用增材制造工藝設計和成形了各種類型的點陣結構。三周期極小曲面(TPMS)是一種光滑的無限曲面，其在沒有自交叉的情況下將空間劃分為兩個區(qū)域，并且在三個坐標軸方向上是周期性的。TPMS結構在自然界生物系統(tǒng)中廣泛存在，如蝴蝶翅膀、甲殼蟲外骨骼等生物有機體中均存在類似極小曲面的相關結構。由于TPMS結構具有復雜而高度對稱的拓撲結構以及優(yōu)異的物理、化學、機械和光學性質，因此其引起了各個領域的廣泛關注并得到應用。如TPMS結構具有比強度高、能量吸收能力強等特點，利用其曲面特性，可以獲得非凡的手性光學性能、較高的催化效率和能量轉換效率。

為系統(tǒng)地介紹專業(yè)知識，培養(yǎng)相關科技研究人員，華中科技大學快速制造中心(RMC)團隊和中國地質大學珠寶先進制造團隊總結了TPMS點陣結構增材制造方面的研究成果，形成了這本專著《增材制造三周期極小曲面仿生超材料》。本書詳細介紹了激光選區(qū)熔化增材制造的TPMS點陣結構的設計、制造、顯微組織、力學性能和應用示例設計。

作者：閆春澤，楊磊，吳思琪，郝亮，

李昭青，李妍，宋波

書號：9787568075848

內容簡介

本書詳細介紹了通過激光選區(qū)熔化增材制造技術制造的三周期極小曲面(TPMS)仿生超材料的設計、制造、顯微組織、力學性能和應用示例。首先介紹了基于增材制造的超材料設計方法，分析了TPMS仿生超材料的優(yōu)點；接著給出了TPMS仿生超材料數(shù)學建模的方法，同時介紹了不同金屬材料制備的均勻TPMS仿生超材料的精度分析、微觀組織和靜態(tài)力學性能，以及TPMS復合材料仿生超材料的制備方法和性能分析；然后基于數(shù)值分析方法，建立預測均勻和梯度TPMS仿生超材料力學性能的有限元模型，并將其用于分析不同加載方向上的靜態(tài)力學性能；最后討論了均勻和梯度TPMS仿生超材料的動態(tài)疲勞性能，揭示了疲勞失效機制與增強機理，并對TPMS仿生超材料的應用進行了展望。

本書是專門針對增材制造三周期極小曲面仿生超材料的書籍，具有很強的專業(yè)性。由于三周期極小曲面仿生超材料在光學、聲學、催化等領域均有潛在的應用，因此本書也可作為其他相關行業(yè)的參考書籍。

目錄

第1章緒論(1)
1.1引言(1)
1.2激光選區(qū)熔化技術的原理及發(fā)展現(xiàn)狀(4)
1.3三周期極小曲面概述(6)
1.4三周期極小曲面點陣結構的力學性能及研究現(xiàn)狀(12)
1.5本書大綱(16)
本章參考文獻(18)

第2章TPMS點陣結構的設計(27)
2.1引言(27)
2.2MATLAB軟件介紹(28)
2.3均勻孔隙TPMS點陣結構的生成方法(30)
2.4梯度孔隙TPMS點陣結構的生成方法(31)
2.5本章小結(32)
本章參考文獻(32)

第3章金屬合金均勻TPMS點陣結構(33)
3.1引言(33)
3.2采用SLM技術制備TPMS點陣結構的工藝性研究(34)
3.3TPMS點陣結構的顯微結構研究(52)
3.4TPMS點陣結構的力學行為評價(65)
3.5表面改性和羥基磷灰石涂層(76)
本章參考文獻(86)

第4章TPMS點陣結構復合材料(92)
4.1引言(92)
4.2應用于電磁干擾的Cu合金/石墨烯復合材料(92)
4.3Ni?Cu合金/石墨烯支架的熱應用(97)
4.4316L復合材料的輕量化應用(103)
本章參考文獻(116)

第5章均勻TPMS點陣結構力學性能的有限元分析(123)
5.1引言(123)
5.2有限元法分析(124)
5.3解析法分析(132)
5.4本章小結(146)
本章參考文獻(147)

第6章功能梯度TPMS點陣結構(154)
6.1引言(154)
6.2316L梯度Gyroid點陣結構(155)
6.3純Ti梯度TPMS點陣結構(175)
6.4梯度TPMS中的單胞大小效應(183)
6.5梯度Gyroid TPMS點陣結構的力學響應(195)
本章參考文獻(202)


第7章均勻TPMS點陣結構的疲勞性能(213)
7.1引言(213)
7.2方法與步驟(214)
7.3實驗結果(216)
7.4點陣結構疲勞失效機理及強化機制(228)
7.5本章小結(234)
本章參考文獻(235)

第8章梯度Gyroid點陣結構的壓縮疲勞強化機制研究(244)
8.1引言(244)
8.2本章方法與實驗(245)
8.3點陣結構的制造精度分析(246)
8.4靜態(tài)壓縮性能的影響(252)
8.5疲勞性能(254)
8.6本章小結(271)
本章參考文獻(272)

第9章應用與展望(276)
9.1潛在應用(276)
9.2研究展望(280)
本章參考文獻(281)  

作者簡介

閆春澤，華中科技大學教授、博導，教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授、湖北省百人計劃特聘教授，材料成形與模具技術國家重點實驗室副主任，增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心主任。主持國家自然科學基金面上項目、航天聯(lián)合基金重點項目等多項國家、省部級項目，發(fā)表SCI論文60余篇，授權發(fā)明專利65項，出版專著、教材6部，牽頭/參與制定國家標準3項。主要從事粉末床熔融激光增材制造技術的研究，研發(fā)的增材制造材料與裝備已實現(xiàn)產業(yè)化。

楊磊，武漢理工大學交通與物流工程學院副教授、碩導，機械設計與制造系副主任。主要從事極小曲面點陣結構的材料、結構、性能一體化增材制造技術及仿真分析方法研究。主持國家自然科學基金青年項目、國防科技創(chuàng)新特區(qū)、基礎前沿項目等多項國家級、省部級項目，發(fā)表SCI論文22篇，申請發(fā)明專利12項，申請軟件著作權2項，撰寫學術專著2部。

吳思琪，華中科技大學材料科學與工程學院在讀博士，師從閆春澤教授和楊磊副教授。研究方向為極小曲面點陣結構的增材制造、力學性能分析及有限元仿真模擬。華中科技大學2020級創(chuàng)新研究院創(chuàng)新基金和2021級創(chuàng)新團隊項目負責人，曾獲華中科技大學知行獎學金、三好研究生榮譽稱號等。

郝亮，中國地質大學（武漢）珠寶學院副院長，教授、博導，湖北省百人計劃人才、“雙創(chuàng)戰(zhàn)略團隊”帶頭人和武漢市“3551”人才，湖北省珠寶工程技術研究中心常務主任。主要研究方向為先進制造、材料工程、首飾設計、穿戴大健康。主持并參與國外超過300萬英鎊的研究項目以及國家自然科學基金面上項目等多個項目，在國內外核心期刊與重要會議發(fā)表論文100多篇，獲批發(fā)明專利十幾項，撰寫學術著作多部。

李昭青，華中科技大學博士后，本碩博畢業(yè)于蘭州大學，主持國家自然科學基金青年項目，作為項目骨干參與國家自然科學基金航天聯(lián)合基金項目等國家、省部級項目，發(fā)表SCI論文6篇，授權發(fā)明專利12項、國際專利2項，參與出版專著3部。主要從事陶瓷增材制造研究，相關成果獲中國產學研創(chuàng)新成果獎等多項獎項。

李妍，中國地質大學（武漢）副教授、碩導，中國地質大學（武漢）實驗教學中心主任。主要從事增材制造復合材料相關研究，主持和作為學科骨干參與國家自然科學基金青年項目等多項科研項目。擔任Additive Manufacturing等國際期刊審稿人，發(fā)表學術論文52篇，撰寫英文專著2部。

宋波，華中科技大學教授、博導，湖北省楚天學子。主要從事增材制造先進材料與結構優(yōu)化設計與成形的研究，主持國家自然科學基金優(yōu)秀青年基金項目、美國波音公司國際合作等項目，發(fā)表SCI論文70余篇，授權國家發(fā)明專利15項，主編專著2部。擔任Nano Materials Science等期刊編委，參與制定增材制造相關的國家標準3項。