第1章概述/1

1.13D打印成型技術1

1.1.13D打印技術簡介1

1.1.2三維建模在3D打印成型技術中的作用2

1.23D打印建模方法2

1.2.1正向設計2

1.2.2逆向設計3

1.2.3正逆向混合設計3



第2章3D打印成型工藝/4

2.1概述4

2.2熔融沉積成型(FDM)4

2.2.1FDM技術原理5

2.2.2FDM繫統組成5

2.2.3工藝特點10

2.2.4FDM工藝誤差影響因素11

2.3光固化快速成型（SLA）13

2.3.1光固化快速成型工作原理13

2.3.2技術優缺點14

2.3.3工藝過程15

2.3.4繫統組成18

2.3.5繫統控制技術21

2.3.6成型質量影響因素27

2.4選區激光燒結/熔化成型（SLS、SLM）29

2.4.1選區激光燒結/熔化成型工作原理29

2.4.2選區激光燒結/熔化成型供粉繫統31

2.4.3選區激光燒結/熔化成型技術特點32

2.5激光熔覆成型（LCF）34

2.5.1激光熔覆成型工作原理34

2.5.2激光熔覆成型技術特點36

2.6電子束熔化成型（EBM）37

2.6.1電子束熔化成型工作原理37

2.6.2電子束熔化成型技術特點38

2.7電子束熔覆成型（EBFF）39

2.8熔化液滴噴射沉積成型（DMM）40

2.8.1熔化液滴噴射沉積成型工作原理40

2.8.2熔化液滴噴射沉積成型影響因素42

2.9黏結劑噴射成型(3DP)42

2.9.1黏結劑噴射成型工作原理42

2.9.2黏結劑噴射式技術特點43

2.9.33DP繫統組成43

2.9.43DP繫統控制技術46

2.9.53DP工藝成型質量影響因素49

2.10疊層實體制造(LOM)50

2.10.1概述50

2.10.2LOM成型工藝的基本原理50

2.10.3疊層實體制造技術特點51

2.10.4LOM繫統組成52

2.10.5LOM繫統控制技術57

2.10.6LOM工藝成型質量影響因素59

2.10.7LOM工藝後處理60



第3章3D打印成型材料/62

3.1熔融沉積成型材料62

3.1.1熔融沉積快速成型對成型材料的要求63

3.1.2熔融沉積快速成型對支撐材料的要求63

3.1.3尼龍材料64

3.1.4ABS材料66

3.1.5ABS繫列改性材料66

3.1.6PLA材料68

3.1.7PC材料69

3.1.8PC/ABS合金材料71

3.1.9PC-ISO材料72

3.1.10聚亞苯基砜材料72

3.1.11聚醚酰亞胺材料73

3.2光固化成型材料74

3.2.1光固化材料優點及分類74

3.2.2光敏樹脂的組成及其光固化特性74

3.2.3光固化快速成型材料76

3.3疊層實體制造材料78

3.4金屬材料80

3.4.1鈦合金80

3.4.2不鏽鋼82

3.4.3鋁合金84

3.4.4黃銅85

3.4.5鈷鉻鉬耐熱合金85

3.4.6高溫合金86

3.4.7鎂合金87

3.5復合材料87

3.5.1尼龍鋁87

3.5.2玻璃纖維和尼龍87

3.5.3連續纖維增強熱塑性復合材料88

3.6無機非金屬材料88

3.6.1陶瓷材料89

3.6.2石膏材料91

3.6.3砂岩材料92

3.7橡膠材料92

3.8其他3D打印材料94

3.8.1澱粉材料94

3.8.2食用材料95

3.8.3生物細胞材料95

3.8.4硅膠材料96



第4章三維數據采集/98

4.1現代精密測量技術99

4.2數據采集方法與測量設備的選擇100

4.3三坐標測量機及其操作102

4.3.1三坐標測量機的應用103

4.3.2三坐標測量機的組成及工作原理104

4.3.3橋式三坐標測量機105

4.3.4三坐標測量機的操作流程115

4.3.5箱體類零件的測量實例118

4.4關節式坐標測量機及其操作120

4.4.1FARO CAM2 Measure 10軟件121

4.4.2采用FARO Edge測量臂測量實例122

4.4.3采用FARO Laser ScanArm 測量臂測量實例126

4.5數字攝影三維坐標測量繫統127

4.6手持式激光掃描儀測量繫統131



第5章三維建模方法/135

5.1概述135

5.2基於PTC Creo Parametric的三維建模方法135

5.2.1PTC Creo Parametric簡介135

5.2.2PTC Creo Parametric工作界面136

5.2.3PTC Creo Parametric快速上手136

5.2.4三維建模實例138

5.2.5PTC Creo Parametric模型在3D打印機上的應用157

5.3基於UG NX的三維建模方法159

5.3.1UG NX10.0簡介及特點159

5.3.2UG NX10.0工作界面加載159

5.3.3UG NX10.0快速上手161

5.3.4UG NX10.0模型在3D打印機上的應用163

5.4基於SolidWorks的三維建模方法163

5.4.1SolidWorks簡介163

5.4.2SolidWorks工作界面163

5.4.3SolidWorks 快速上手165

5.4.4SolidWorks模型在3D打印機上的應用168

5.5三維逆向建模169

5.5.1逆向設計軟件的分類169

5.5.2逆向設計常用軟件169

5.5.3基於Imageware的逆向建模170

5.5.4基於Geomagic Studio的逆向建模173



第6章3D打印成型設備/187

6.1FDM打印成型設備187

6.1.1Stratasys公司的3D打印機187

6.1.23D Systems公司的3D打印機189

6.1.3上海富奇凡HTS繫列3D打印機191

6.2SLA打印成型設備192

6.2.13D systems光固化3D打印機192

6.2.2陝西恆通光固化3D打印機193

6.2.3中瑞科技光固化3D打印機195

6.3金屬材料3D打印成型設備195

6.3.1選區激光燒結/熔化成型典型設備196

6.3.2激光熔覆成型典型設備200

6.43DP打印成型設備202

6.4.13D Systems公司的3D打印機202

6.4.2ExOne公司的3D打印機204

6.4.3Voxeljet公司的3D打印機205

6.4.4上海富奇凡LTY型3D打印機209

6.5LOM打印成型設備211

6.5.1南京紫金立德公司的成型機211

6.5.2武漢濱湖機電公司的成型機211

6.5.3Helisys公司的成型機212



第7章3D打印技術的應用/214

7.1FDM技術的應用214

7.1.1汽車工業214

7.1.2航空航天215

7.1.3醫療衛生215

7.1.4教育教學215

7.1.5食品加工216

7.1.6其他應用216

7.2SLA技術的應用216

7.2.1SLA在航空航天領域的應用216

7.2.2SLA在汽車領域的應用217

7.2.3SLA在藝術領域的應用217

7.3金屬3D打印成型技術的應用218

7.3.1選區激光燒結/熔化成型工藝應用218

7.3.2激光熔覆成型工藝應用220

7.3.3電子束熔化成型工藝應用222

7.43DP技術的應用223

7.4.1原型全彩打印223

7.4.2金屬直接成型225

7.4.3砂模鑄造成型225

7.5LOM技術的應用226

7.5.1產品外觀評價和結構設計驗證226

7.5.2新產品試制226

7.5.3快速制模227

7.5.4工藝品制作228



第8章快速制模技術/229

8.1軟模技術229

8.1.1工藝路線229

8.1.2原型件的準備230

8.1.3制造硅橡膠模具230

8.1.4澆注品的制造231

8.2過渡模技術233

8.2.1鋁填充環氧樹脂模233

8.2.2SLA成型的樹脂殼-鋁填充環氧樹脂背襯模235

8.3硬模技術238

8.3.1直接加工金屬模具239

8.3.2用SLS方法燒結鑄型245

8.3.3基於快速原型的噴塗法245



參考文獻/246

3D打印技術是基於打印件的CAD模型，應用不同的打印方法，高效、高精度地制造出產品或模型，是具有工業革命意義的新興增材制造技術。3D打印正逐步融入產品的研發、設計、生產各個環節，是材料科學、制造工藝與信息技術的高度融合與創新，是推動生產方式向柔性化、綠色化發展的重要途徑，催生生產新模式、新業態和新市場的重要手段。當前，3D打印技術已在機械、電子、軍事、醫療、建築、食品等多個領域得到應用，產業呈現快速增長勢頭，發展前景良好。

本書闡述了3D打印技術的原理和3D打印技術的分類，介紹了熔融沉積成型（FDM）、光固化快速成型（SLA）、選區激光燒結/熔化成型（SLS、SLM）、激光熔覆成型（LCF）、電子束熔化成型（EBM）、電子束熔覆成型（EBF）、熔化液滴噴射沉積成型（DMM）、疊層實體制造（LOM）以及黏結劑噴射成型（3DP）的工作原理、技術特點、成型誤差、控制繫統等。

本書還介紹了3D打印常用材料的分類、性能及其應用領域，以及三維數據采集的方法及測量設備，包括三坐標測量機、關節式測量臂、激光式掃描儀等典型設備；重點介紹了3D打印的建模方法及其應用，三維建模與3D打印技術的相關概念，分別以PTC Creo parametric、UG NX、Solidworks三種參數化設計軟件為例，結合實際應用對建模方法的具體應用進行了詳細介紹。此外，本書還詳細闡述了3D打印成型設備，包括設備型號及主要參數，以及3D打印的應用領域及應用實例，重點介紹了快速模具制造技術及其應用。本書可供從事機電產品設計、機械制造及其自動化、材料科學與工程等專業的科技人員和在校師生參考，也可供廣大機械制造、材料成型、醫療、汽車制造、飛機零部件、商業機器、模型、玩具、服裝等領域專業人士和眾多3D打印DIY人士參考。

本書由辛志傑、陳振亞編著。其中，辛志傑編寫了前6章，陳振亞編寫了第7章和第8章。本書在編寫過程中參考了許多寶貴的文獻資料，使本書更加繫統和完善。在此向這些文獻的作者表示衷心感謝！

由於編著者水平和時間有限，書中難免存在不足之處，敬請廣大讀者批評、指正。



編著者

2020年5月