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机械自动化设计与制造研究
Research on Mechanical Automation Design and Manufacturing

（三）增材制造技术支持下的机械设计
传统机械制造主要采用去除材料的加工方式，很多复杂零部件的生产需要
经过多个步骤加工完成，整体投入的成本较高，在设计环节不仅仅要考虑制造需
要，同时也要考虑装配需要。增材制造通过连续添加层来完成零件的制造，这恰
恰与传统零件加工方式相反，生产环节能够选择的方式更加多样，例如 3D 打印、

连续融化材料层都是其中的典型代表。增材制造技术充分利用了现有材料进行零
部件加工，大大减少了材料的浪费，又能够快速完成复杂部件加工，整个生产过
程的成本相对较低。例如 NASA 利用 3D 打印完成的火箭燃料喷射机设计制造，

整个喷射器只有两个部件构成，而传统制造方式下需要生产数百个零件。随着国
家上关于增材制造研究的不断深入，该技术也得到了快速发展，机械设计由此变
得更加灵活。
（四）数字孪生技术支持下的机械设计
数字孪生将物理资产、流程、系统、设备的数字副本进行了有效集成，利

用产品模型和传感器等等方式获取产品设计、制造和使用整个周期的各项数据，
进而利用数字孪生技术构建仿真模型，通过模型的变化和调整更加真实地反映出
机械情况，通过模拟来判断评价机械设计是否合理，进而为下一步的优化调整提

供依据和参考。数字孪生从多个角度对机械状态进行学习与更新，非常接近现实
情况。数字孪生驱动的机械设计不但能够进行概念设计，也能够进行详细设计和
虚拟验证，将极大地缩短产品的设计周期。在可以预见的未来，数字孪生技术将
在机械设计领域得到更为广泛的使用。

第二节 机械设计材料

一、机械设计中材料选择与应用

（一）机械设计中材料选择及应用的重要性
自改革开放以来，我国的工业规模不断发展，社会和市场对于大型机械和
专业机械的需求量与日俱增，机械的大规模量产使得机械制造材料资源紧缺，面
对日益扩大的需求市场材料供应问题日渐突出。随着能够用于机械制造的材料储

存总量不断减少，材料供需问题成为了影响机械产业发展的一个重要因素，如果

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