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第1章3D打印与工程全球化1

1.1引言1

1.2 3D打印的历史2

1.2.1 3D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

1.2.4 3D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

1.4 3D打印：无法比拟的工艺典范7

1.4.1 3D打印技术的现状及其概念7

1.4.2 3D打印技术的优点：随心所欲地设计7

1.4.3 3D打印技术的优点：在制造业中的多功能性8

1.4.4 3D打印技术的优点：可增强材料的性能8

1.4.5 3D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

1.6.4 3D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

2.6 3D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

4.3.1 CAD文件111

4.3.2 STL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

4.6 Ti6A14V122

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

4.9.1 Netfabb软件设计格子结构126

4.9.2 Within Enhance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

5.9陶瓷3D打印未来的发展趋势178

5.10结语180

参考文献182

第6章3D打印中的设计问题193

6.1引言193

6.2 3 D打印中的设计与加工概述194

6.2.1 3D打印的设计模型194

6.2.2 3 D打印的过程195

6.2.3 3D打印设计197

6.3机遇与挑战199

6.3.1设计准则和设计工具199

6.3.2多孔零件及网格结构199

6.3.3多材料零件199

6.3.4 3D打印的质量规范和检验200

6.4结语201

参考文献201

第7章 生物打印：3D打印在医学上的应用205

7.1引言205

7.2生物打印方法207

7.2.1喷墨打印207

7.2.2立体光刻和双光子聚合208

7.2.3直接激光打印209

7.2.4挤出打印211

7.3结语218

致谢218

参考文献218

第8章 多功能打印：将电子产品融入3D打印零件中224

8.1引言224

8.2什么是电子产品？为什么要将电子产品融入3D打印零件中？226

8.3电子产品的传统制备方法227

8.4打印的电子产品229

8.5电子产品的直写技术232

8.6为什么直写技术不能容易地转换为3D打印233

8.7在3D零件中生成电子产品的方法分类234

8.7.1复合芯片内置法（类别1）234

8.7.2表面直写法（类别2）238

8.7.3自由形态多材料3D打印方法（类别3）248

8.8结语253

参考文献256

第9章3D打印的工业实现274

9.1引言274

9.2 3 D打印技术在工业产品中的应用274

9.3工程热塑性材料零件的直接制造275

9.4零件的间接制造279

9.5金属零件的直接制造282

9.6发展前景286

参考文献287

第10章 航天工业领域的3D打印288

10.1引言288

10.1.1低成本系统290

10.1.2低质量系统294

10.1.3先进推进系统296

10.1.4原位资源的利用298

10.2发展文化认同301

10.2.1保证安全与质量：3D打印工艺的资格认证302

10.2.2短期成功的实例：缩短开发时间303

10.2.3文化灌输：在3D打印领域培养劳动力304

10.3结语305

第11章 材料领域的3D打印与创新306

11.1引言306

11.2 3D打印用复合材料307

11.2.1金属基复合材料308

11.2.2陶瓷基复合材料311

11.2.3聚合物基复合材料314

11.3通过3D打印技术制备的纳米复合材料结构316

11.3.1金属基纳米复合材料316

11.3.2聚合物基纳米复合材料318

11.4功能材料320

11.4.1功能梯度材料320

11.4.2储氢材料323

11.5设计自由／3D打印可行的设计323

11.5.1网格结构的设计与开发324

11.5.2医学应用的设计创新328

11.5.3多功能设备333

11.6结语336

参考文献337

第12章3D打印教育348

12.1引言348

12.2 3D打印在工程教育中的应用349

12.3一个扩展活动：机器人设计挑战358

12.4超越课堂359

12.5结语360

第13章 个性化植入与3D打印362

13.1引言362

13.2临床应用之路363

13.3模板软件：植入物的大小364

13.4牙科行业：大量私人定制产品的例子365

13.5与患者匹配的手术导板和骨模型的3D打印366

13.6常规产品的3D打印367

13.7个性化植入物的3D打印368

13.8硬组织替代颅骨重建369

13.9制造成本：3D打印是一种可行的技术吗？370

13.10成像人体解剖学的作用371

13.11最常见的技术372

13.11.1计算机断层扫描372

13.11.2核磁共振成像372

13.11.3超声波检测372

13.11.4 X射线373

13.12分割373

13.12.1手动分割373

13.12.2半自动化分割373

13.12.3自动化分割373

13.12.4分割精度374

13.13软件374

13.14 CAD转换成STL375

13.15 亟需的技术375

13.16展望未来376

第14章3D打印：扁平化制造的未来378

14.1简介378

14.2从3D打印汽车到空间3D打印机379

14.3从生物打印到柔性电子系统380

14.4在制造业中使用3D打印创新：复合材料结构381

14.5 3D打印在修复中的应用382

14.6 3D打印在组织工程和药物传递方面的应用383

14.7按需生产与批量制造385

14.8结语386

参考文献386