本书系统全面地阐述了目前3D打印技术的发展情况及其具体应用，主要涵盖了聚合物、复合材料、金属、陶瓷、生物材料等方面的新技术，以及其在工业、航空、电子技术、材料、医学和教育等领域的应用，结构层次分明，内容详实丰富。希望读者能够通过本书了解、学习到一些有助于自己学习、研究和工作的3D打印知识，同时希望通过本书提供的一些实例给读者带来思路的启发。

编著者

主编简介

译者序

前言

第1章3D打印与工程全球化1

1.1引言1

1.23D打印的历史2

1.2.13D打印的开始2

1.2.2其他3D打印技术的发展2

1.2.3从原型制作到3D打印零件3

1.2.43D打印的影响5

1.3当前制造业面临的难题5

1.3.1集中式和基于预测的制造中存在的问题5

1.3.2通用化设计:消费者仅对符合其要求的产品满意6

1.43D打印:无法比拟的工艺典范7

1.4.13D打印技术的现状及其概念7

1.4.23D打印技术的优点:随心所欲地设计7

1.4.33D打印技术的优点:在制造业中的多功能性8

1.4.43D打印技术的优点:可增强材料的性能8

1.4.53D打印技术已经成为现代制造业的一部分9

1.4.6从计算机辅助设计到3D打印技术的演变及其对制造业的影响9

1.5工程全球化与3D打印10

1.5.1工程从本地化转化为全球化10

1.5.2工程师在世界任何地方都可以变得有效和高效11

1.5.3太空制造不再是一个梦想12

1.6发展趋势12

1.6.1定制产品的按需生产12

1.6.2允许人们把创造力转化为现实14

1.6.3个人3D打印设备:一种标配的家庭设备14

1.6.43D打印推进医疗技术并救助生命15

1.7结语16

参考文献17

第2章聚合物和复合材料的3D打印20

2.1引言20

2.2高强度热塑性塑料和纤维增强热塑性塑料的3D打印技术24

2.3高强度热固性塑料和短切纤维增强复合材料的3D打印技术28

2.4可用于纳米复合材料的3D打印工艺32

2.5连续纤维增强复合材料的3D打印过程36

2.63D打印过程中粘结剂的作用及其选择46

2.7特例:3D打印过程中的原位纤维强化56

2.8当前面临的挑战及未来的发展趋势58

参考文献59

第3章金属的沉积法及固态3D打印技术64

3.1引言64

3.2技术现状66

3.2.1粉末沉积技术66

3.2.2熔丝沉积技术73

3.2.3固态3D打印工艺79

3.2.4基于电沉积的3D打印技术82

3.3新兴的3D打印技术85

3.3.1摩擦自由成型制造技术85

3.3.2混合技术86

3.4机遇和挑战87

3.4.1材料方面87

3.4.2工艺方面88

3.4.3设备方面88

3.5未来的发展方向89

参考文献90

第4章基于粉末技术的金属3D打印技术102

4.1从快速原型到快速制造102

4.2基于粉床的3D打印系统的功能描述106

4.3一般过程111

4.3.1CAD文件111

4.3.2STL转化为分层文件112

4.3.3文件导入到机器114

4.3.4构建过程114

4.3.5后处理115

4.4激光参数115

4.5植入物或生物医疗器械的特殊要求120

4.6Ti6Al4V122

4.7多孔结构的标准124

4.8多孔结构的设计125

4.9格子结构的设计126

4.9.1Netfabb软件设计格子结构126

4.9.2WithinEnhance软件设计格子结构128

4.10工艺过程的影响因素133

4.10.1曝光134

4.10.2固化区134

4.10.3束偏移134

4.10.4基本曝光类型ChessRotLx136

4.10.5基本曝光类型Contours136

4.10.6基本曝光类型SkinCore137

4.10.7基本曝光类型SLI-HatchLx138

4.10.8基本曝光类型UpDownStripesAdaptiveLx138

4.10.9基本曝光类型UpDownStripesAdaptiveRotLx138

4.11结语140

参考文献140

第5章陶瓷的3D打印技术145

5.1引言145

5.2陶瓷的立体光刻技术146

5.2.1立体光刻技术的历史及方法146

5.2.2陶瓷悬浮液的稳定性及其流变特性147

5.2.3陶瓷悬浮液的立体光刻技术148

5.2.4应用及未来的发展149

5.3陶瓷的选择性激光烧结技术151

5.3.1选择性激光烧结的历史与方法151

5.3.2陶瓷的直接选择性激光烧结技术152

5.3.3陶瓷的间接选择性激光烧结技术154

5.3.4应用和未来的发展156

5.4陶瓷的喷墨3D打印技术157

5.4.1喷墨3D打印技术的历史及方法157

5.4.2喷墨3D打印加工陶瓷159

5.5陶瓷的熔融沉积成型技术162

5.5.1陶瓷熔融沉积技术的历史及方法162

5.5.2陶瓷熔融沉积加工陶瓷164

5.6陶瓷的分层实体制造技术166

5.6.1分层实体制造技术的历史与方法166

5.6.2分层实体制造加工陶瓷168

5.7激光近净成型技术TM169

5.7.1激光近净成型技术的历史与方法169

5.7.2激光近净成型技术加工陶瓷171

5.8自动注浆成型技术175

　　由于美国及其他发达和发展中国家制造业关注点的转变,近年来3D打印领域得以飞速发展。在计算机上画一些图形,然后就可以在3D打印机中打印出来并且可以被触摸或感觉到,这样的经历吸引着我们许多人。同样,我们也可以看到我们的孩子,虽然还只是在上初中或高中,但也通过他们自己的创造而经历着3D打印的革命。正是由于3D打印机价格大幅降低和零件质量的提高,这样的社会变革才成为可能。在10年前的美国,一台高品质3D打印机的成本超过10万美元,由于其价格很高,大多数人只能看到3D打印机的图片或视频。

　　而随着3D打印机成本的大幅降低,以及3D打印机可靠性和零件质量的改善,许多企业、大学甚至中学开始对3D打印机投资,以体验、探索和创新这些令人着迷的3D打印技术。所以,我们认为本书的出版是非常及时的,因为我们试图捕捉到一些近年来面向先进材料,且令人兴奋的3D打印技术的发展。

　　我们知道有一些书籍也涉及了3D打印,但当我们查阅了相关文献之后,会意识到这些书籍大多数是由机械工程师编写的,他们注重的是打印机本身而不是其应用。在目前情况下,大多数的3D打印技术是比较成熟的,而大部分的创新是在3D打印技术的应用领域。因此,我们把工作重点放在了3D打印的应用上,而不是在3D打印的核心技术上。我们希望读者能够看到这些技术目前是如何被应用的,然后有助于他们在自己领域的创新。本书的设计在某种程度上也可以适用于课堂授课形式。前几章节根据对不同种类材料的利用,重点介绍了各种各样的3D打印技术;中间的章节论述了3D打印的重要应用领域;最后几章讨论了3D打印的教育和监管问题,因为在3D打印日益成熟并应用于许多行业之后,这些因素变得更加重要。

　　如同编撰任何一本书籍一样,我们承认没有所有作者的共同努力,本项工作是不可能完成的,我们对他们的贡献表示衷心感谢。我们也感谢许多学生对这本书的支持,尤其是TomGualtieri、SaharVahabzadeh与DongxuKe。我们还要感谢来自孩子Shohom和Aditya的支持,没有他们,我们也不可能完成这项工作。

　　即使在这一领域工作了20年,我们仍然定期学习3D打印的相关新应用。我们希望有经验的研究人员以及那些正在进入这一领域的研究人员都能从本书获益,希望本书能够帮助他们更好地理解3D打印这一主题,并有助于未来一代。

　　AmitBandyopadhyaySusmitaBose华盛顿州立大学