3D打印增材製造技術

本書對 3D 打印增材製造技術進行了系統全面的闡述，內容包括增材製造中的三維模型及數據處理，增材製造材料及制備（涉及金屬、高分子、光敏樹脂、陶瓷、3D 打印復合材料等），材料擠出打印技術，光固化增材製造技術，粉末床熔融增材製造技術，定向能量沉積增材製造技術，三維噴射打印技術，薄材疊層增材製造技術，新型 3D 打印技術，以及 3D 打印材料的性能。本書內容翔實、圖文並茂、結構分明、專業性突出，既有理論研究又有實際應用，是一本對 3D 打印增材製造技術教學、研究和應用具有實用價值的教材。本書可作為普通高等教育、職業院校機械類或近機械類專業的教材，還可作為相關崗位的培訓教材或供相關工程技術人員學習參考。為便於教學，本書配套有電子課件、微課視頻等教學資源，讀者可登錄華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）免費下載。

緒論3d 打印增材製造技術概述................................................................................................................. 1
第1 章增材製造中的三維模型及數據處理............................................................................................ 3
1.1 三維模型的構建................................................................................................................................... 3
1.1.1 計算機輔助建模.......................................................................................................................... 3
1.1.2 逆向工程及建模.......................................................................................................................... 4
1.1.3 三維掃描測量技術...................................................................................................................... 5
1.1.4 點雲數據處理.............................................................................................................................. 7
1.2 三維模型的stl 文件........................................................................................................................ 8
1.2.1 格式及精度.................................................................................................................................. 9
1.2.2 基本規則與錯誤類型................................................................................................................. 11
1.2.3 分割和拼接................................................................................................................................ 13
1.3 三維模型的切片處理........................................................................................................................ 14
1.3.1 模型的擺放和支撐結構............................................................................................................ 15
1.3.2 分層切片軟件............................................................................................................................ 16
1.3.3 切片的分類................................................................................................................................ 17
1.3.4 層片數據處理............................................................................................................................ 18 

第2 章增材製造材料及製備...................................................................................................................... 21
2.1 金屬打印材料...................................................................................................................................... 21
2.1.1 常用的金屬打印材料................................................................................................................ 21
2.1.2 金屬粉末的製備........................................................................................................................ 22
2.1.3 金屬絲材製備工藝.................................................................................................................... 25
2.2 高分子打印材料................................................................................................................................. 26
2.2.1 常用的高分子打印材料............................................................................................................ 26
2.2.2 高分子絲材的製備.................................................................................................................... 28
2.2.3 高分子粉材的製備.................................................................................................................... 29
2.3 光敏樹脂材料...................................................................................................................................... 30
2.3.1 光敏樹脂的組成........................................................................................................................ 30
2.3.2 光敏樹脂的性能........................................................................................................................ 30
2.3.3 光敏樹脂材料的分類................................................................................................................ 31
2.3.4 光敏樹脂材料固化機理............................................................................................................ 32
2.4 陶瓷打印材料...................................................................................................................................... 33
2.4.1 常用的陶瓷打印材料................................................................................................................ 34
2.4.2 陶瓷粉體的製備........................................................................................................................ 36
2.4.3 覆膜砂材料................................................................................................................................ 37
2.5 3d 打印複合材料............................................................................................................................... 37
2.5.1 高分子粉末複合材料................................................................................................................ 38
2.5.2 纖維增強複合材料.................................................................................................................... 38
2.5.3 金屬基複合材料........................................................................................................................ 39

第3 章材料擠出打印技術........................................................................................................................... 41
3.1 熔融沈積製造技術............................................................................................................................ 41
3.1.1 基本原理及特點........................................................................................................................ 41
3.1.2 成型系統與設備........................................................................................................................ 42
3.1.3 成型工藝過程............................................................................................................................ 43
3.1.4 成型質量的因素分析................................................................................................................ 44
3.2 碳纖維複合材料3d 打印................................................................................................................ 45
3.2.1 基本原理及特點........................................................................................................................ 45
3.2.2 成型工藝.................................................................................................................................... 46
3.3 螺桿擠出3d 打印技術.................................................................................................................... 46
3.3.1 基本原理.................................................................................................................................... 46
3.3.2 成型設備.................................................................................................................................... 47
3.4 氣動擠出打印技術............................................................................................................................ 47 

第4 章光固化增材製造技術...................................................................................................................... 49
4.1 光固化成型技術................................................................................................................................. 49
4.1.1 基本原理.................................................................................................................................... 49
4.1.2 成型系統與設備........................................................................................................................ 49
4.1.3 成型工藝及分析........................................................................................................................ 51
4.1.4 光固化成型精度........................................................................................................................ 52
4.1.5 工藝特點.................................................................................................................................... 56
4.2 數字光處理技術................................................................................................................................. 56
4.2.1 基本原理.................................................................................................................................... 57
4.2.2 成型系統與設備........................................................................................................................ 57
4.2.3 成型工藝過程............................................................................................................................ 58
4.2.4 工藝特點及應用........................................................................................................................ 58
4.3 數字光技術................................................................................................................................. 59
4.4 液晶顯示光固化技術........................................................................................................................ 59

第5 章粉末床熔融增材製造技術............................................................................................................. 61
5.1 選擇性激光燒結技術........................................................................................................................ 61
5.1.1 基本原理.................................................................................................................................... 61
5.1.2 高分子粉末材料sls 技術....................................................................................................... 62
5.1.3 陶瓷粉末材料sls 技術........................................................................................................... 63
5.1.4 金屬粉末sls 技術................................................................................................................... 64
5.1.5 成型工藝及分析........................................................................................................................ 65
5.2 激光選區熔化技術............................................................................................................................ 67
5.2.1 基本原理及工藝特點................................................................................................................ 67
5.2.2 成型設備.................................................................................................................................... 68
5.2.3 振鏡式激光掃描系統................................................................................................................ 69
5.2.4 成型工藝及缺陷分析................................................................................................................ 71
5.3 電子束選區熔化技術........................................................................................................................ 73
5.3.1 基本原理及特點........................................................................................................................ 73
5.3.2 成型系統與設備........................................................................................................................ 74
5.3.3 成型工藝及分析........................................................................................................................ 75

第6 章定向能量沉積增材製造技術........................................................................................................ 77
6.1 增材製造能量源................................................................................................................................. 77
6.1.1 激光原理與激光器.................................................................................................................... 77
6.1.2 電弧等離子體............................................................................................................................ 80
6.1.3 電子束........................................................................................................................................ 81
6.2 激光近淨成型技術............................................................................................................................ 81
6.2.1 基本原理及特點........................................................................................................................ 82
6.2.2 成型系統與設備........................................................................................................................ 82
6.2.3 成型工藝及分析........................................................................................................................ 84
6.3 電弧熔絲增材製造技術................................................................................................................... 85
6.3.1 基本原理及特點........................................................................................................................ 85
6.3.2 成型系統與設備........................................................................................................................ 85
6.3.3 成型工藝及分析........................................................................................................................ 87
6.4 電弧噴塗製造技術............................................................................................................................ 87
6.4.1 基本原理及特點........................................................................................................................ 87
6.4.2 成型系統與設備........................................................................................................................ 88
6.4.3 成型工藝及分析........................................................................................................................ 89
6.5 電子束自由成型製造技術.............................................................................................................. 90
6.5.1 基本原理及特點........................................................................................................................ 90
6.5.2 成型系統與設備........................................................................................................................ 90
6.5.3 成型工藝及分析........................................................................................................................ 91
6.6 等離子熔覆製造技術........................................................................................................................ 91
6.6.1 基本原理.................................................................................................................................... 91
6.6.2 工藝特點.................................................................................................................................... 92
6.6.3 工程應用.................................................................................................................................... 92

第7 章三維噴射打印技術........................................................................................................................... 93
7.1 噴墨式3d 打印技術......................................................................................................................... 93
7.1.1 連續噴墨打印技術.................................................................................................................... 93
7.1.2 熱氣泡噴墨打印技術................................................................................................................ 94
7.1.3 微壓電噴墨打印技術................................................................................................................ 94
7.2 三維（黏結劑）噴射打印技術..................................................................................................... 96
7.2.1 基本原理.................................................................................................................................... 96
7.2.2 成型材料與設備........................................................................................................................ 97
7.2.3 成型工藝及分析........................................................................................................................ 97
7.3 冷噴塗增材製造技術........................................................................................................................ 99
7.3.1 基本原理.................................................................................................................................... 99
7.3.2 成型系統與設備........................................................................................................................ 99
7.3.3 特點及應用.............................................................................................................................. 100
7.4 聚合物噴射增材製造技術............................................................................................................ 100
7.4.1 polyjet 聚合物噴射技術......................................................................................................... 100
7.4.2 多射流熔融技術...................................................................................................................... 101
7.5 納米顆粒噴射3d 打印技術......................................................................................................... 103
7.5.1 工作原理.................................................................................................................................. 103
7.5.2 成型工藝及分析...................................................................................................................... 103
7.5.3 工藝特點及應用...................................................................................................................... 103
7.6 氣溶膠噴射打印技術...................................................................................................................... 104
7.6.1 基本原理.................................................................................................................................. 104
7.6.2 成型工藝及設備...................................................................................................................... 104
7.6.3 特點及應用.............................................................................................................................. 105

第8 章薄材疊層增材製造技術................................................................................................................ 106
8.1 疊層實體製造技術.......................................................................................................................... 106
8.1.1 基本原理及特點...................................................................................................................... 106
8.1.2 成型系統與設備...................................................................................................................... 107
8.1.3 成型工藝過程.......................................................................................................................... 107
8.2 超聲波固相增材製造技術............................................................................................................ 108
8.2.1 技術原理.................................................................................................................................. 108
8.2.2 工藝特點.................................................................................................................................. 109
8.2.3 應用........................................................................................................................................... 110

第9 章新型3d 打印技術........................................................................................................................... 111
9.1 直接墨水書寫3d 打印技術......................................................................................................... 111
9.1.1 導電墨水材料........................................................................................................................... 111
9.1.2 基本原理及特點....................................................................................................................... 112
9.1.3 工藝特點................................................................................................................................... 113
9.2 液態金屬懸浮3d 打印技術......................................................................................................... 114
9.2.1 液態金屬材料........................................................................................................................... 114
9.2.2 工藝過程................................................................................................................................... 114
9.2.3 特點及應用............................................................................................................................... 115
9.3 雙光子聚合激光3d 直寫打印技術........................................................................................... 115
9.3.1 基本原理................................................................................................................................... 116
9.3.2 成型工藝及設備....................................................................................................................... 117
9.3.3 特點及應用............................................................................................................................... 117

第10 章3d 打印材料的性能..................................................................................................................... 119
10.1 材料的強度與塑性........................................................................................................................ 119
10.1.1 拉伸試驗及拉伸曲線............................................................................................................. 119
10.1.2 拉伸曲線所確定的力學性能指標及意義............................................................................ 121
10.2 材料的硬度...................................................................................................................................... 122
10.2.1 布氏硬度................................................................................................................................ 122
10.2.2 洛氏硬度................................................................................................................................ 123
10.2.3 維氏硬度................................................................................................................................ 123
10.3 材料的衝擊韌度............................................................................................................................. 124
10.4 材料的疲勞強度............................................................................................................................. 126
10.5 材料的斷裂韌度............................................................................................................................. 127
參考文獻............................................................................................................................................................... 129