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出版者:科学出版社

作者:[美] 杰克逊

出品人:

页数:699

译者:

出版时间:2007-1

价格:88.00元

装帧:

isbn号码:9787030182432

丛书系列:

图书标签:

• 科技
• 微纳制造
• MEMS
• 纳米技术
• 微系统
• 精密制造
• 材料科学
• 工程技术
• 生物医学工程
• 传感器
• 微电子

机械设计与制造技术前沿探索 本书聚焦于现代机械工程领域最具活力和前瞻性的研究方向，深入剖析了从传统制造向智能制造转型的关键技术与实践路径。全书旨在为工程技术人员、科研工作者以及高年级本科生和研究生提供一个全面、深入且具有前瞻性的技术视野，帮助读者掌握应对未来产业挑战的核心能力。 本书涵盖了先进材料在机械系统中的应用、复杂曲面与精密零件的加工策略、面向增材制造的设计方法论，以及数字化车间与工业互联网的集成应用。内容详实，理论与实践相结合，侧重于解决实际工程问题。 --- 第一部分：先进制造材料与结构设计 第一章：高性能工程合金的微观结构控制与力学行为 本章详细阐述了用于极端工况（如高温、高压、强腐蚀环境）的特种合金，如镍基高温合金、钛合金和高熵合金的冶金特性。重点分析了晶界工程、析出相调控对材料蠕变性能、疲劳寿命及断裂韧性的影响。引入了计算材料学工具，如密度泛函理论（DFT）和相场模拟，用于预测和优化微观结构演变规律。内容包括定向凝固技术在涡轮叶片制造中的应用，以及增材制造后处理对残余应力和组织均匀性的影响机制。 第二章：复合材料与智能结构的集成设计 探讨了纤维增强复合材料（FRC）在航空航天和汽车轻量化领域的最新进展。内容覆盖碳纤维、陶瓷纤维等增强体的铺层设计、界面粘结优化，以及层合板的损伤容限分析。特别关注了功能梯度材料（FGM）的设计原理，用于解决结构件的热应力集中问题。此外，本章还引入了形状记忆合金（SMA）和压电材料在主动振动控制和结构健康监测（SHM）中的集成应用，阐述了如何设计出具有自适应能力的机械结构。 第三章：表面工程与功能化涂层技术 本章侧重于提升机械零件表面性能的关键技术。详细介绍了物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）工艺参数对薄膜厚度、晶粒结构和附着力的影响。研究了超硬涂层（如类金刚石薄膜DLC）和耐磨损涂层（如CrN, TiAlN）的摩擦学行为。同时，深入分析了激光熔覆技术在修复大型关键部件和快速构建功能梯度表面方面的应用优势，包括熔池的流体力学模拟与凝固行为控制。 --- 第二部分：超精密与复杂零件制造工艺 第四章：数控加工的高级误差补偿与刀具路径优化 本章超越了基础的G代码编程，深入研究了高精度加工中的系统误差源识别与补偿技术。内容包括机床热误差的在线测量与模型修正、导轨运动学误差的反演补偿。在刀具路径生成方面，重点讨论了基于特征的曲面重构算法、多轴联动加工中的奇异点回避策略，以及如何利用实时反馈控制系统实现纳米级的加工精度。针对复杂自由曲面，阐述了等参数线、等步长控制对表面质量（如粗糙度、波纹度）的影响。 第五章：电火花加工（EDM）与电化学加工（ECM）的精度提升 系统回顾了特种加工技术在难加工材料去除中的应用。在EDM部分，分析了脉冲参数（电流、电压、关断时间）对电极损耗比、表面微观硬度和残余应力的耦合影响。引入了微米级孔隙加工的优化策略。ECM部分，则聚焦于电解液流场设计对加工稳定性的影响，特别是针对薄壁结构和复杂型腔的电化学等离子加工技术。 第六章：超精密磨削与抛光技术 本章着重于光学元件、半导体晶圆和高精度模具的表面精加工。详细介绍了砂轮的修整技术、磨削液的润滑与冷却机制。在抛光领域，对比了机械抛光、化学机械抛光（CMP）和磁流变抛光（MRF）的技术特点。对抛光过程中的材料去除率模型、表面形貌演变和污染控制进行了深入的数学描述和实验验证。 --- 第三部分：增材制造（AM）的设计与后处理 第七章：增材制造的设计驱动方法与拓扑优化 本书将增材制造视为一种全新的设计范式。本章首先介绍了面向增材制造的设计（DfAM）原则，包括最小化支撑结构、避免打印失败的几何约束。随后，深入讲解了基于应力、刚度或频率响应的结构拓扑优化算法，以及如何将优化结果直接转化为适合激光粉末床熔融（LPBF）或定向能量沉积（DED）的实体模型。探讨了多材料异构结构的设计与实现。 第八章：增材制造的材料特性与热管理 重点分析了金属增材制造过程中熔池的快速凝固行为及其对最终零件性能的决定性影响。内容包括热循环过程中的相变动力学、晶粒择优取向形成机理。本章详细对比了LPBF、电子束熔化（EBM）等不同工艺路径下材料的致密度差异。同时，提出了基于红外热成像和数值模拟的温度场反馈控制方案，以降低缺陷率（如未熔合、气孔）。 第九章：增材制造后处理技术与性能评价 增材制造零件的性能高度依赖于后处理。本章系统梳理了热等静压（HIP）对消除内部孔隙、改善疲劳性能的作用机理。讨论了应力消除热处理（SHT）对残余应力的释放规律。此外，还介绍了针对增材制造零件特性的定制化机械加工、表面精加工技术，以及如何建立一套包含宏观力学性能、微观组织和表面完整性的综合评价体系。 --- 第四部分：数字化制造与系统集成 第十章：工业物联网（IIoT）与制造过程的实时监控 本章将视角转向智能工厂的构建。详细阐述了传感器技术在机床和生产线上的集成应用，包括振动、声发射、电流信号的采集与特征提取。重点介绍了边缘计算（Edge Computing）在实时加工参数调整中的作用，如何实现低延迟的闭环控制。内容还涉及基于时间序列分析的制造过程健康管理（PHM）模型构建。 第十一章：数字孪生（Digital Twin）在制造系统中的应用 本书将数字孪生定义为物理实体在虚拟空间中的动态映射。深入探讨了如何通过多物理场耦合仿真（FEA、CFD）构建高保真度的数字孪生模型。内容包括基于模型的预测性维护（PdM）策略、虚拟调试与工艺流程优化。分析了如何利用孪生体对新产品快速进行工艺验证和参数迭代，从而缩短产品上市周期。 第十二章：人机协作与柔性制造系统（FMS） 探讨了未来车间的人机交互模式。分析了先进视觉系统（如3D视觉、深度学习）在引导和定位协作机器人（Cobots）中的关键技术。内容涵盖了基于任务分配的智能调度算法、人机工作空间的安全隔离设计。最后，展望了柔性制造系统如何通过模块化设备和快速重构的控制软件，实现对小批量、多品种订单的快速响应和高效生产。 --- 本书特色： 跨学科交叉： 深度融合材料科学、计算力学、信息技术与先进制造工艺。 面向前沿： 大量篇幅用于介绍当前工业界和学术界关注的热点技术，如高熵合金增材制造、基于AI的质量控制。 工程应用导向： 理论阐述后紧随工程案例分析和关键工艺参数的讨论。 本书是理解和掌握现代高端制造技术体系的必备参考书。

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这本书给我的感觉，更像是一部微观世界的“编年史”兼“操作手册”。我原本以为阅读这类书籍会非常枯燥，充满术语，但《微纳制造》的叙事风格却非常引人入胜。它仿佛带着读者穿越时空，看到了半导体工业从萌芽到如今精密制造的整个发展轨迹。作者很善于从历史的角度切入，解释为什么某些工艺会被选择并沿用至今，这种历史的厚重感让冰冷的技术变得有“人情味”。例如，书中对不同代际光刻机技术的演进描述，充满了对技术迭代的敬畏之情。同时，它对良率控制和缺陷分析的讨论也极其实在，没有回避实际生产中那些令人头疼的难题。对于我这种侧重于产品开发的人来说，这本书提供的不仅仅是“怎么做”的知识，更多是“为什么这么做”的底层逻辑。它教会了我如何在设计阶段就考虑到制造的可行性和成本效益，是一种非常全面的思维训练。

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这本《微纳制造》的书简直是打开了我对微观世界的一个全新的认识。我一直对那些精密的机械和电子设备背后的原理感到好奇，尤其是那些涉及到纳米级别的技术。这本书并没有过多地陷入那些晦涩难懂的物理公式，而是用非常生动形象的语言，将复杂的制造工艺娓娓道来。我特别喜欢它对材料选择和处理过程的描述，简直就像在看一场高精尖的艺术创作。比如，书里讲到如何通过光刻技术在硅片上“雕刻”出比头发丝细数万倍的电路结构，那种精细程度让人叹为观止。读完这些章节，我仿佛自己也站在了洁净室里，拿着显微镜观察那些肉眼几乎不可见的结构。作者的叙述逻辑非常清晰，从基础的原理到具体的应用案例，层层递进，让人很容易跟上思路。对于一个非专业背景的读者来说，这本书提供了极佳的入门视角，它让我看到了现代科技是如何一步步将科幻变为现实的。这种从宏观到微观的视角转换，极大地拓展了我对工程学的理解深度，可以说是受益匪浅。

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我以一个工科研究生的身份来评价《微纳制造》，这本书在理论深度和工程实践的结合上做得相当出色。它并没有停留在教科书式的概念罗列，而是深入探讨了当前面临的一些关键技术瓶颈和前沿解决方案。特别是关于先进的刻蚀技术和薄膜沉积方法的对比分析，非常到位。作者不仅介绍了传统的技术路线，还对新兴的柔性微纳制造技术给予了足够的篇幅，这对于我们跟踪最新研究方向至关重要。让我印象深刻的是其中关于“自下而上”与“自上而下”制造策略的辩证讨论，这不仅是技术选择的问题，更是一种设计哲学的体现。书中的图示和流程图清晰地展示了工艺流程中的关键控制点，这些细节对于实际操作人员来说是无价之宝。当然，如果能在某些新型传感器制造的集成度问题上再多一些案例分析，那就更完美了。总体而言，这本书的知识密度非常高，是实验室案头必备的参考资料，值得反复研读。

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我从事的是质量控制方面的工作，拿到《微纳制造》这本书时，主要关注点在于其对过程控制和检测技术的论述。这本书在这方面没有让我失望，它清晰地阐述了从关键尺寸（CD）测量到表面形貌分析所需的各种在线和离线检测方法。作者非常注重“可追溯性”和“标准化”在微纳制造中的极端重要性，这一点与我的工作方向高度契合。它详细比较了原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）在不同场景下的适用性，并指出了各自的局限性。更重要的是，书中探讨了统计过程控制（SPC）在微纳制造环境下的特殊应用，例如如何处理小批量、高价值产品的质量波动。这种脚踏实地的技术讨论，而非浮于表面的概念炒作，才是这本书的真正价值所在。读完后，我对如何建立更严格的检验标准有了更系统、更深入的认识，直接提升了我的工作效率和质量意识。

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说实话，我是在朋友的强烈推荐下开始读《微纳制造》的，原本抱持着“试一试”的心态，没想到一发不可收拾。这本书最吸引我的地方，在于它对跨学科知识的融会贯通。它巧妙地将材料科学、光学、流体力学甚至计算机模拟技术融合在一起，构建了一个完整的微纳系统制造框架。比如，它解释了MEMS器件中流体行为如何影响传感器的精度，这种跨领域的联结方式，极大地激发了我的创新思维。书中的部分章节涉及到了新兴的生物微纳流控技术，这部分内容写得尤为精彩，让我看到了未来医疗诊断领域可能发生的革命。语言风格上，作者的笔触非常细腻，尤其在描述那些需要超高精度操作的步骤时，那种小心翼翼、步步为营的感觉跃然纸上。这本书的排版和插图质量也相当高，使得那些复杂的结构图能够被清晰地理解，阅读体验非常流畅。

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