基于3D打印技术的产品创新设计与研发_陈鹏_9787121297823

基于3D打印技术的产品创新设计与研发

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本书从3D打印技术在新产品研发中的应用维度来系统探究新产品创新设计与研发。本书介绍了3D打印技术的基本原理、主要特点、研究现状、发展趋势和工程应用等，探讨了3D打印技术的基本工艺、成形设备和典型设备的使用方法，阐述了三维数字化建模技术、装配建模技术、机构运动仿真技术和开源硬件技术及其在新产品研发中的应用，并结合创意产品、教育机器人和机电产品的典型新产品研发工程案例，系统总结了3D打印技术在新产品创新设计与研发中的应用方法。

　　基于3D打印技术的产品创新设计与研发前言
　　3D打印技术最早称为快速成形技术或快速原型制造技术，诞生于20世纪80年代后期，是在现代CAD/CAM技术、机械工程技术、分层制造技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术，以及新材料技术的基础上集成发展起来的一种先进制造技术。可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等提供一种高效低成本的实现手段。
　　传统制造技术是“减材制造技术”，3D打印则是“增材制造技术”，它具有数字制造、分层制造、堆积制造、直接制造、快速制造等明显特点。3D打印技术内容涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”和全生产周期的“快速制造”相关的所有打印工艺、技术、设备和应用。
　　移动互联网、大数据、云计算、数字化设计与制造、开源软硬件、3D打印等新技术的出现，让社会大众可以方便地将创意快速转化为现实产品，大大降低创新创造的门槛和成本。3D打印技术、机器人技术、可穿戴计算技术、智能材料技术及开源硬件技术等正在赋予人类更强的创造发明的力量。
　　当前，市场竞争愈演愈烈，产品更新换代加速。制造业企业要保持新产品在国内外市场的竞争力，迫切需要在新产品开发中加大投入力度、增强创新意识的同时，积极采用先进的创新手段。3D打印技术为新产品研发提供了一条极具成本价值的路径并能够完成反复的设计迭代，在关键开发的初始阶段，及时掌握产品设计反馈的信息，对新产品设计极有帮助，不仅可以迅速修改，降低成本，而且能够缩短新产品的上市时间，很快取得社会效益和经济效益。产品原型制作由于能够优化新产品的设计和开发，有效地缩短新产品研发周期，提升研发成功率，因而在新产品研发中得到了广泛的应用。3D打印技术在新产品设计与研发中的应用主要分为三个方面：一是快速原型制作，二是新产品开发过程中的设计验证与功能验证，三是终端产品直接制造。
　　如何充分利用3D打印技术的优势，结合新产品创新设计与研发，改革传统工程教育模式，系统性地培养新产品研发工程师的新产品创新设计与研发能力？本书结合编者近五年的教学改革和科研实践经验，系统地探索上述问题的现实解决之道。本书正是立足于新产品研发工程师创新设计与研发能力培养为本的全新视觉，阐述在高等工程教育中，基于3D打印技术培养新产品研发工程师的现实途径。
　　本书既是编者五年3D打印技术理论研究与实践探索的结晶，也是江西省“卓越工程师教育计划”试点专业多年来人才培养模式改革的成果总结，更是近年来基于3D打印技术培养创新研发型新产品研发工程师的实践经验总结。本书的特点主要表现在以下方面：
　　先进性。编者在3D打印技术掀起第三次工业革命的背景下，面向新产品研发工程师的教育培养，系统性地介绍了前沿性的3D打印工艺，并开拓性地提出3D打印新技术在创意产品、机器人产品和机电产品中的应用。
　　综合性。本书研究的内容注重机械工程、工业设计、材料工程、增材制造等多学科知识与工程技术的交叉渗透，打破传统专业门类对学生知识结构和能力体系的束缚，突破传统学科、专业培养体系的樊篱，力求基于新产品研发的生命周期理论和模式，培养具有高创造性的新产品研发工程师。
　　创造性。本书所涉及的多个新产品创新设计与研发工程案例均来源于工程实际，具有新颖性、独特性和创造性，其中多项产品申请了发明专利与实用新型专利，大部分目前已经获得国家知识产权局的专利授权。创造性运用3D打印技术开展多项新产品研发的工程创造实践，重点培养工科学生的新产品创新设计与研发能力。
　　借鉴性。本书所采用的新产品创新设计与研发方法是编者五年来在高等工程教育人才培养模式改革实践中不断反思、总结、提炼和优化的教育新成果。多年的工程教育改革实践表明：3D打印技术、三维数字化技术和开源硬件技术的融合与创新应用，不仅激发了工科学生的学习兴趣与创造热情，而且大幅度提高了学生的工程实践能力、数字化产品开发技术应用能力、产品创新设计与研发能力，为制造业企业转型升级的需要，培养了一批产品创新设计与研发人才。
　　基于上述特点，编者期待本书不仅能够为高校创新型工程科技人才培养的教育管理人员、广大教师和学生，企业从事新产品研发工作的管理人员、工程技术人员，以及高等工程教育研究者提供有价值的参考，而且能为政府教育行政管理部门、行业机构、企业组织及其他利益相关者提供有价值的建议和参考。
　　本书力求严谨细致，然而，限于编者的水平及新产品研发工作的复杂性、艰巨性和长期性，本书一定存在缺点和不足，期待能够得到兄弟院校的同人、企业和社会各界专家学者的批评指正。
　　在本书写作过程中，得到了编者的学生创客李云兰、梅永亮、赵国建、王春喜、徐文超、姚志良、杜巧勇、刘文祥等的鼎力相助，梅永亮负责了差速器智能演示小车的研发工作，李云兰负责了教育机器人和创意花瓶的研发工作，赵国建、王春喜负责了创意笔筒的研发工作，徐文超负责了微型硬币清分机的研发工作。他们在编者的创客教育培养理念下不断成长，在新产品研发中集体表现出的开拓进取精神与创新实践能力让身为导师的编者倍感欣慰，在此一并表示衷心的感谢，感谢他们为新产品研发所付出的汗水与智慧，感谢他们让编者的创客教育改革积累了宝贵的实践经验，更感谢他们让编者更加坚定了自己的创客教育理想。
　　希望本书的出版不仅能够聚焦和引导人们对3D打印技术创新工程教育人才培养模式的关注点，而且能够切实可行地为新产品研发工程师等优秀工程科技人才培养的改革和发展起到抛砖引玉的作用，为推动教育部“卓越工程师教育培养计划”的顺利有效实施尽绵薄之力。
　　编者2015年12月目录目录

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