本书系统介绍了增材制造技术在结构设计中的革新应用，从创新设计与技术的融合开篇，逐步展开对增材制造技术、工艺流程及标准的细致阐述，为读者奠定坚实的理论基础。随后，聚焦于增材制造结构设计的基本原则与前沿策略，如拓扑优化、免组装、仿生设计和创成式设计等，这些策略不仅挑战了传统设计的边界，更为增材制造领域注入了无限创意与可能。书中通过丰富的实例分析，将抽象的理论知识与实际设计案例紧密结合，使读者能够直观感受到增材制造技术在提升设计效率、优化产品性能方面的巨大潜力。此外，本书还特别强调了优化设计理论的重要性，并详细介绍了拓扑优化设计软件的应用，为工程师们提供了从理论到实践的全方位指导。同时，对质量控制与无损检测技术的讲解，也为保障增材制造产品的质量与可靠性提供了有力支持。
本书可作为高等教育相关专业的教材，也可供增材制造领域工程技术人员参考。
江五贵，教授，博士，近期主要从事先进制造技术多尺度力学方面的研究工作。受聘江西省“井冈学者”特聘教授，上海大学兼职博士生导师，担任多个国际期刊编委。为国家自然科学基金、江西省科技厅和湖南省科技厅科技项目评估专家。获澳大利亚教育部奋进学者奖励（EndeavourResearchFellowship），多次获江西省优秀硕士论文指导教师称号。至今主持5项国家自然科学基金项目。在增材制造领域顶刊AdditiveManufacturing等期刊发表学术论文100余篇，其中SCI收录60余篇。
第1章 绪论 / 001
1.1 创新设计概述 / 002
1.1.1 创新设计发展 / 002
1.1.2 创新设计思想 / 003
1.1.3 创新设计理论 / 004
1.1.4 创新设计方法 / 004
1.2 增材制造技术概述 / 005
1.2.1 增材制造技术发展 / 005
1.2.2 增材制造技术理论 / 006
1.2.3 增材制造技术方法 / 008
1.2.4 增材制造技术影响 / 009
1.3 增材制造创新结构设计及应用 / 010
1.3.1 增材制造创新结构设计 / 010
1.3.2 增材制造创新结构设计应用 / 011
思考题 / 021
第2章 增材制造技术 / 022
2.1 增材制造分类 / 023
2.1.1 材料挤出（MEX） / 023
2.1.2 立体光固化（VPP） / 026
2.1.3 材料喷射（MJT） / 028
2.1.4 薄材叠层（LOM） / 030
2.1.5 粉末床熔融（PBF） / 032
2.1.6 定向能量沉积（DED） / 034
2.1.7 黏结剂喷射（BJT） / 036
2.2 增材制造的一般工艺流程 / 037
2.2.1 3D 建模 / 037
2.2.2 数据处理 / 039
2.2.3 设备准备 / 043
2.2.4 加工 / 043
2.2.5 后处理 / 044
思考题 / 045
第3章 增材制造结构设计指导原则 / 046
3.1 面向增材制造的设计导论 / 047
3.2 增材制造技术的能力 / 048
3.3 增材制造技术的约束因素 / 053
3.4 增材制造设计的总体思考过程 / 057
3.5 AM 零件设计的一般指导原则 / 064
3.6 DfAM 的经济学解析 / 068
3.6.1 机器成本分析 / 069
3.6.2 材料成本 / 070
3.6.3 后处理成本 / 070
3.6.4 受设计影响的时间因素 / 071
3.6.5 经济学案例研究： 金属增材制造液压歧管 / 073
3.7 聚合物设计指南 / 077
3.7.1 材料挤出（MEX） 工艺设计指南 / 077
3.7.2 聚合物粉末床熔融（PBF-LB/P）的设计 / 084
3.7.3 光固化（VPP） 的设计指南 / 087
3.8 金属增材制造设计指南 / 090
3.8.1 金属粉末床熔融技术设计概述 / 090
3.8.2 激光粉末床熔合（PBF-LB/M） 的设计 / 098
3.8.3 金属LPBF 晶格结构设计 / 101
3.8.4 电子束粉末床熔合PBF-EB/M 设计指南 / 107
思考题 / 110
第4章 增材制造创新结构设计 / 112
4.1 拓扑优化设计 / 113
4.1.1 拓扑优化设计概念 / 113
4.1.2 增材制造拓扑优化 / 114
4.1.3 几种典型的拓扑优化方法 / 119
4.1.4 考虑增材制造工艺约束的拓扑优化设计方法 / 129
4.1.5 参数优化的关键应用与策略选择 / 132
4.1.6 拓扑优化与创成式设计在增材制造中的应用（BC2AM） / 133
4.1.7 案例研究： 高价值非定常航空航天部件的优化 / 135
4.1.8 完整案例 / 140
4.2 免组装机构设计 / 146
4.2.1 免组装机构设计概念 / 146
4.2.2 免组装机构设计方法 / 149
4.2.3 案例分析： 激光熔覆喷嘴设计 / 153
4.3 增材制造仿生结构设计 / 157
4.3.1 仿生结构设计概念 / 157
4.3.2 仿生结构设计流程 / 159
4.3.3 案例分析 / 162
4.4 功能梯度材料与增材制造 / 167
4.4.1 功能梯度材料（FGM） / 167
4.4.2 功能梯度材料的分类 / 169
4.4.3 功能梯度材料的制造方法 / 172
4.4.4 功能梯度材料增材制造 / 173
4.5 创成式设计 / 179
4.5.1 起源与发展 / 179
4.5.2 GD 概念及方法流程 / 182
4.5.3 案例： 定制轮毂中的创成式设计 / 186
4.5.4 AI 驱动的创成式增材制造结构设计 / 190
思考题 / 191
第5章 优化设计理论基础 / 194
5.1 优化设计的数学模型及建模基础 / 195
5.1.1 优化设计的基本概念 / 195
5.1.2 优化设计的数学模型 / 196
5.1.3 优化设计问题的建模基础 / 199
5.1.4 优化设计问题的基本解法 / 201
5.2 优化设计的数学基础 / 203
5.3 约束优化极值条件 / 206
5.3.1 约束优化问题的极值条件 / 206
5.3.2 库恩-塔克定律（K-T 条件）/ 207
5.3.3 寻优过程的数值解法与逐步逼近策略 / 210
5.3.4 一维搜索法 / 211
5.4 无约束问题的优化方法 / 213
5.4.1 梯度法——最速下降法 / 214
5.4.2 牛顿法 / 215
5.4.3 改进牛顿法 / 217
5.5 现代优化算法与增材制造 / 217
5.5.1 常见现代算法简介 / 217
5.5.2 现代优化算法在增材制造领域的应用 / 220
5.5.3 深度学习助力增材制造梯度力学超材料逆向设计 / 221
思考题 / 225
第6章 增材制造优化软件介绍 / 226
6.1 增材制造优化设计软件 / 227
6.2 Inspire 软件介绍 / 230
6.2.1 拓扑优化设计的一般工作流程 / 230
6.2.2 Inspire 软件设计流程 / 231
6.2.3 Inspire 功能介绍 / 232
6.2.4 菜单栏和工具栏 / 232
6.3 Inspire 实例： 汽车刹车踏板的拓扑结构优化 / 233
思考题 / 250
第7章 增材制造结构的无损检测评价 / 253
7.1 无损检测技术概述 / 254
7.2 增材制造与无损检测 / 258
7.2.1 增材制造零件的典型缺陷 / 258
7.2.2 增材制造带来的无损检测挑战 / 260
7.2.3 面向增材制造的无损检测方法 / 261
7.2.4 无损检测方法的适用性与局限性 / 264
7.3 增材制造的合格性检定 / 264
7.3.1 增材制造的无损检测标准 / 264
7.3.2 增材制造的过程后检测 / 266
7.3.3 增材制造的过程中监测 / 269
思考题 / 272
参考文献 / 273
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