了得網工業技術_3D打印材料：上、下冊

編輯推薦

本書由華中科技大學史玉升、闫春澤等教授所撰寫，本書入選“國家科學技術學術著作出版基金資助”“湖北省學術著作出版專項資金資助”，是在“中國制造2025”“‘十三五’國家科技創新規劃”及“國家增材制造產業發展推進計劃”等背景下策劃的“3D打印前沿技術叢書”的一本。作者團隊在3D打印技術及3D打印材料制備技術方面有著近30年的研究經驗，全面繫統地介紹了3D打印材料概況，並介紹了粉材、絲材、液材、金屬材料、陶瓷材料等多種用於3D打印的材料技術原理成形原理及制備方法選，具有較好的學術價值及參考價值，可供院校師生、科研院所及行業相關人員參考。全書為精裝彩色印刷

內容簡介

本書以華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室快速制造中心20餘年的研究成果為基礎，全面、繫統地介紹了3D打印材料的制備理論和技術及其應用。其主要內容包括3D打印材料概述、3D打印高分子材料——粉材、3D打印高分子材料——液材、3D打印高分子材料——絲材、3D打印金屬材料、3D打印陶瓷材料、3D打印材料應用案例等。本書具有繫統性、全面性、普遍性和新穎性,圖文並茂,既有理論研究,又有實際應用,是一本對3D打印材料的研究和應用極具實用價值的參考書。本書可供3D打印領域的工程技術人員閱讀,也可作為相關專業師生的參考書。

上冊目錄第1章3D打印材料概述(1)1.1國內外3D打印技術研發現狀(1)1.2國內外3D打印材料研發現狀(3)參考文獻(6)第2章3D打印高分子材料——粉材(8)2.1高分子及其復合粉材激光選區燒結成形機理(8)2.2高分子及其復合粉材的制備、組成及表征(37)2.3尼龍12粉材(45)2.4尼龍12復合粉材(65)2.5苯乙烯丙烯腈共聚物粉材(118)2.6高抗衝聚苯乙烯粉材(122)2.7聚碳酸酯粉材(129)2.8ABS粉材(135)參考文獻(137)第3章3D打印高分子材料——液材(139)3.1光固化成形光敏樹脂概述(139)3.2光固化實體液材(165)3.3光固化實體液材中的低聚物(213)
3.4光固化支撐液材的低聚物(227)3.5改性光固化成形液材(244)參考文獻(266)
下冊目錄第4章3D打印高分子材料——絲材(269)4.1高分子絲材熔融沉積成形原理及過程(269)4.2熔融沉積成形中的高分子成形材料(278)4.3熔融沉積成形中的支撐材料(288)參考文獻(297)第5章3D打印金屬材料(299)5.1金屬材料的3D打印技術及其原理(299)5.2金屬材料的3D打印成形機理(304)5.3SLM用金屬粉材(327)5.4.1SLM金屬粉材冶金特點(340)5.5電弧熔絲沉積成形用金屬絲材(431)5.6電弧熔絲沉積成形制件組織與性能(434)參考文獻(443)第6章3D打印陶瓷材料(447)6.1陶瓷材料的3D打印技術及原理(447)6.2陶瓷材料的SLS成形機理(454)6.3SLS成形用陶瓷材料制備(456)參考文獻(485)第7章3D打印材料應用案例(491)7.1 3D打印高分子粉材應用案例1(491)7.2 3D打印高分子粉材應用案例2(493)7.3 3D打印高分子粉材應用案例3(494)7.4 3D打印高分子絲材應用案例(496)7.5 3D打印高分子液材應用案例(497)7.6 3D打印金屬粉材應用案例1(498)7.7 3D打印金屬粉材應用案例2(501)7.8 3D打印金屬絲材應用案例1(503)7.9 3D打印金屬絲材應用案例2(507)7.10 3D打印金屬絲材應用案例3(508)7.11 3D打印陶瓷粉材應用案例1(508)7.12 3D打印陶瓷粉材應用案例2(509)7.13 3D打印陶瓷粉材應用案例3(510)

前言

總序一“中國制造2025”提出通過三個十年的“三步走”戰略，使中國制造綜合實力進入世界強國前列。近三十年來，3D打印（增材制造）技術是歐美日等高端工業產品開發、試制、定型的重要支撐技術，也是中國制造業創新、重點行業轉型升級的重大共性需求技術。新的增材原理、新材料的研發、設備創新、標準建設、工程應用，必然引起各國“產學研投”界的高度關注。3D打印是一項集機械、計算機、數控、材料等多學科於一體的，新的數字化先進制造技術，應用該技術可以成形任意復雜結構。其制造材料涵蓋了金屬、非金屬、陶瓷、復合材料和超材料等，並正在從3D打印向4D、5D打印方向發展，尺度上已實現8 m構件制造並向微納制造發展，制造地點也由地表制造向星際、太空制造發展。這些進展促進了現代設計理念的變革，而智能技術的融入又會促成新的發展。3D打印應用領域非常廣泛，在航空、航天、航海、潛海、交通裝備、生物醫療、康復產業、文化創意、創新教育等領域都有非常誘人的前景。中國高度重視3D打印技術及其產業的發展，通過國家基金項目、攻關項目、研發計劃項目支持3D打印技術的研發推廣，經過二十多年培養了一批老中青結合、具有國際化視野的科研人纔，國際合作廣泛深入，國際交流碩果累累。作為“中國制造2025”的發展重點，3D打印在近幾年取得了蓬勃發展，圍繞重大需求形成了不同行業的示範應用。通過政策引導，在社會各界共同努力下，3D打印關鍵技術不斷突破，裝備性能顯著提升，應用領域日益拓展，技術生態和產業體繫初步形成；湧現出一批具有一定競爭力的骨干企業，形成了若干產業集聚區，整個產業呈現快速發展局面。華中科技大學出版社緊跟時代潮流，瞄準3D打印科學技術前沿，組織策劃了本套“3D打印前沿技術叢書”，並且，其中多部將與愛思唯爾（Elsevier）出版社一起，向全球聯合出版發行英文版。本套叢書內容聚焦前沿、關注應用、涉獵廣泛，不同領域專家、學者從不同視野展示學術觀點，實現了多學科交叉融合。本套叢書采用開放選題模式，聚焦3D打印技術前沿及其應用的多個領域，如航空航天、工藝裝備、生物醫療、創新設計等領域。本套叢書不僅可以成為我國有關領域專家、學者學術交流與合作的平臺，也是我國科技人員展示研究成果的國際平臺。近年來，中國高校設立了3D打印專業，高校師生、設備制造與應用的相關工程技術人員、科研工作者對3D打印的熱情與日俱增。由於3D打印技術僅有三十多年的發展歷程，該技術還有待於進一步提高。希望這套叢書能成為有關領域專家、學者、高校師生與工程技術人員之間的紐帶，增強作者、編者與讀者之間的聯繫，促進作者、讀者在應用中凝練關鍵技術問題和科學問題，在解決問題的過程中，共同推動3D打印技術的發展。我樂於為本套叢書作序，感謝為本套叢書做出貢獻的作者和讀者，感謝他們對本套叢書長期的支持與關注。總序一“中國制造2025”提出通過三個十年的“三步走”戰略，使中國制造綜合實力進入世界強國前列。近三十年來，3D打印（增材制造）技術是歐美日等高端工業產品開發、試制、定型的重要支撐技術，也是中國制造業創新、重點行業轉型升級的重大共性需求技術。新的增材原理、新材料的研發、設備創新、標準建設、工程應用，必然引起各國“產學研投”界的高度關注。3D打印是一項集機械、計算機、數控、材料等多學科於一體的，新的數字化先進制造技術，應用該技術可以成形任意復雜結構。其制造材料涵蓋了金屬、非金屬、陶瓷、復合材料和超材料等，並正在從3D打印向4D、5D打印方向發展，尺度上已實現8 m構件制造並向微納制造發展，制造地點也由地表制造向星際、太空制造發展。這些進展促進了現代設計理念的變革，而智能技術的融入又會促成新的發展。3D打印應用領域非常廣泛，在航空、航天、航海、潛海、交通裝備、生物醫療、康復產業、文化創意、創新教育等領域都有非常誘人的前景。中國高度重視3D打印技術及其產業的發展，通過國家基金項目、攻關項目、研發計劃項目支持3D打印技術的研發推廣，經過二十多年培養了一批老中青結合、具有國際化視野的科研人纔，國際合作廣泛深入，國際交流碩果累累。作為“中國制造2025”的發展重點，3D打印在近幾年取得了蓬勃發展，圍繞重大需求形成了不同行業的示範應用。通過政策引導，在社會各界共同努力下，3D打印關鍵技術不斷突破，裝備性能顯著提升，應用領域日益拓展，技術生態和產業體繫初步形成；湧現出一批具有一定競爭力的骨干企業，形成了若干產業集聚區，整個產業呈現快速發展局面。華中科技大學出版社緊跟時代潮流，瞄準3D打印科學技術前沿，組織策劃了本套“3D打印前沿技術叢書”，並且，其中多部將與愛思唯爾（Elsevier）出版社一起，向全球聯合出版發行英文版。本套叢書內容聚焦前沿、關注應用、涉獵廣泛，不同領域專家、學者從不同視野展示學術觀點，實現了多學科交叉融合。本套叢書采用開放選題模式，聚焦3D打印技術前沿及其應用的多個領域，如航空航天、工藝裝備、生物醫療、創新設計等領域。本套叢書不僅可以成為我國有關領域專家、學者學術交流與合作的平臺，也是我國科技人員展示研究成果的國際平臺。近年來，中國高校設立了3D打印專業，高校師生、設備制造與應用的相關工程技術人員、科研工作者對3D打印的熱情與日俱增。由於3D打印技術僅有三十多年的發展歷程，該技術還有待於進一步提高。希望這套叢書能成為有關領域專家、學者、高校師生與工程技術人員之間的紐帶，增強作者、編者與讀者之間的聯繫，促進作者、讀者在應用中凝練關鍵技術問題和科學問題，在解決問題的過程中，共同推動3D打印技術的發展。我樂於為本套叢書作序，感謝為本套叢書做出貢獻的作者和讀者，感謝他們對本套叢書長期的支持與關注。
西安交通大學教授中國工程院院士盧秉恆
2018年11月

總序二3D打印是一種采用數字驅動方式將材料逐層堆積成形的先進制造技術。它將傳統的多維制造降為二維制造，突破了傳統制造方法的約束和限制，能將不同材料自由制造成空心結構、多孔結構、網格結構及功能梯度結構等，從根本上改變了設計思路，即將面向工藝制造的傳統設計變為面向性能的設計。3D打印突破了傳統制造技術對零部件材料、形狀、尺度、功能等的制約，幾乎可制造任意復雜的結構，可覆蓋全彩色、異質、功能梯度材料，可跨越宏觀、介觀、微觀、原子等多尺度，可整體成形甚至取消裝配。3D打印正在各行業中發揮作用，極大地拓展了產品的創意與創新空間，優化了產品的性能；大幅降低了產品的研發成本，縮短了研發周期，極大地增強了工藝實現能力。因此，3D打印未來將對各行業產生深遠的影響。為此，“中國制造2025”、德國“工業4.0”、美國“增材制造路線圖”，以及“歐洲增材制造戰略”等都視3D打印為未來制造業發展戰略的核心。基於上述背景，華中科技大學出版社希望由我組織全國相關單位撰寫“3D打印前沿技術叢書”。由於3D打印是一種集機械、計算機、數控和材料等於一體的新型先進制造技術，涉及學科眾多，因此，為了確保叢書的質量和前沿性，特聘請盧秉恆、王華明、聶祚仁等院士作為顧問，聘請3D打印領域的著名專家作為編審委員會委員。各單位相關專家經過近三年的辛勤努力，即將完成20餘部3D打印相關學術著作的撰寫工作，其中已有2部獲得國家科學技術學術著作出版基金資助，多部將與愛思唯爾（Elsevier）聯合出版英文版。本叢書內容覆蓋了3D打印的設計、軟件、材料、工藝、裝備及應用等全流程，集中反映了3D打印領域的研究和應用成果，可作為學校、科研院所、企業等單位有關人員的參考書，也可作為研究生、本科生、高職高專生等的參考教材。由於本叢書的撰寫單位多、涉及學科廣，是一個新嘗試，因此疏漏和缺陷在所難免，殷切期望同行專家和讀者批評與指正！
華中科技大學教授史玉升2018年11月
前言

3D打印,也稱增材制造、快速成形等,是一項集機械、計算機、數控和材料於一體的、全新的數字化先進制造技術。3D打印技術采用分層制造並疊加的原理,理論上可成形任意復雜結構,因此可將傳統的面向制造工藝的零部件設計變為面向性能的全新設計,這一轉變被稱為當今制造業的一場革命。激光選區燒結(selective laser sintering,SLS)技術屬於3D打印技術的一種,它借助於計算機輔助設計與制造,采用分層制造疊加原理,通過激光燒結將粉末材料直接成形為三維實體零件,不受成形零件形狀復雜程度的限制,不需任何工裝模具。SLS技術具有成形件復雜度高、制造周期短、成本低、成形材料廣泛、材料利用率高等優點,因此成為發展前景的3D打印技術之一,現已廣泛用於航空、航天、醫療、機械等領域。華中科技大學從1992年開始SLS技術的理論與應用研究工作,是中國早開展此項技術研究的單位之一。目前,已研發成功多種型號的SLS裝備及其配套的成形粉末材料,如聚苯乙烯、尼龍及其復合材料、覆膜砂等,並實現產業化,在國內外得到廣泛應用,為關鍵行業核心產品的快速自主開發和小批量制造提供了有利手段,大大縮短了企業新產品的研制周期,取得了顯著的社會效益和經濟效益。相關成果獲國家科學技術進步獎二等獎和國家技術發明獎二等獎各1項,省部級一等獎3項,省部級自然科學獎、技術發明獎、科技進步獎二等獎各1項,發明專利50多項,研發的“世界激光快速制造裝備”被“兩院”院士評為2011年中國十大科技進展之一。為了培養SLS技術方面的科技人纔,更深入地研究此項技術,使其在各行各業更加廣泛地推廣應用,華中科技大學快速制造中心團隊凝練和總結了本團隊在SLS技術方面的研究成果,形成了本書。本書對激光選區燒結3D打印的裝備、軟件算法及控制繫統、材料制備及工藝技術、精度控制、仿真分析和應用實例等進行了全面繫統的論述。全書共8章,第1章概述了激光選區燒結技術,主要包括發展概況、原理、工藝特點、應用;第2章論述了SLS裝備及控制繫統,主要包括裝備繫統組成、溫度控制繫統和振鏡式掃描繫統;第3章論述了軟件算法及路徑規劃,主要包括STL文件容錯、快速切片算法、STL模型布爾運算、支撐生成算法、繫統數據處理等;第4、5章論述了SLS材料及成形工藝,主要包括高分子、陶瓷和覆膜砂粉末材料的制備方法、成形機理與後處理工藝等;第6章論述了SLS成形精度的控制;第7章論述了SLS關鍵技術數值分析;第8章介紹了SLS技術的典型實踐案例,包括SLS制造鑄造熔模、砂型(芯)、具有隨形冷卻流道的注塑模具、陶瓷及塑料功能零件的應用實例。在本書的撰寫過程中,我們以20多年來從事激光選區燒結3D打印技術的科研成果為基礎,兼顧了不同知識背景讀者的需求,既保證內容新穎,反映研究成果,又有理論知識探討和實際應用案例。因此,本書既可供不同領域的工程技術人員閱讀,也可作為相關專業在校師生的參考書。本書集中反映了華中科技大學快速制造中心團隊的有關研究成果,這些成果是由上百人的研究團隊經過幾十年的長期堅持研究而取得的。本團隊的主要研究成員除了本書的作者以外,還包括:黃樹槐教授、陳森昌博士、劉潔博士、蔡道生博士、張李超博士、林柳蘭博士、李湘生博士、楊勁松博士、劉錦輝博士、郭開波博士、汪艷博士、魯中良博士、錢波博士、劉凱博士、杜艷迎博士、朱偉博士、黎志衝碩士、孫海霄碩士、鐘建偉碩士、吳傳寶碩士、楊力碩士、徐文武碩士、程迪碩士、郭婷碩士、馬高碩士、劉主峰碩士等。衷心地感謝華中科技大學快速制造中心團隊的各位教師、工程技術人員和歷屆研究生長期不懈的辛勤工作！本書的撰寫參考了相關的研究論文和成果,在此向這些研究論文和成果的作者們表示感謝！在本書的撰寫過程中,楊磊博士生、陳鵬博士生、伍宏志博士生等付出了辛勤的勞動,在此表示感謝！由於我們是首次以激光選區燒結3D打印技術作為一條主線進行撰寫,涉及內容廣泛,有些內容是我們的研究成果,有些研究工作還在繼續,我們對該技術的認識還在不斷深化,對一些問題的理解還不夠深入,加之作者的學術水平和知識面有限,因此書中的錯誤和缺陷在所難免,殷切地期望同行專家和讀者的批評指正。

闫春澤
2018年06月

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