為進一步推動三維打印產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)各行業(yè)與領(lǐng)域的健康、持續(xù)、快速發(fā)展與普及，本書將系統(tǒng)地介紹三維打印所涉及的各關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用。全書內(nèi)容集結(jié)了本課題組數(shù)十名科研人員近20年的科研成果，全書內(nèi)容共分10章。第1章為緒論，簡要介紹三維打印的基本知識，包括其原理、定義、特點、主要成型工藝及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀等；第2章介紹三維打印的基礎(chǔ)理論，主要介紹現(xiàn)代成型理論、三維打印成型過程的數(shù)學(xué)描述、三維打印模型的變形理論及零件的精度問題等；第3章介紹三維打印中的材料技術(shù)，包括各成型工藝材料的性能、供料系統(tǒng)、材料的后處理等；第4章介紹三維打印中的能源技術(shù)，包括各成型的光學(xué)技術(shù)、加熱系統(tǒng)及噴墨系統(tǒng)；第5章介紹三維打印中的軟件技術(shù)，包括三維設(shè)計、CAD模型數(shù)據(jù)處理、成型工藝數(shù)據(jù)處理等；第6章介紹三維打印中的三維反求技術(shù)，包括其發(fā)展歷史、原理、應(yīng)用、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等；第7章介紹多材料三維打印技術(shù)；
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 三維打印技術(shù)概述 1
1.1.1 三維打印成型原理 1
1.1.2 三維打印定義 2
1.1.3 三維打印起源 3
1.1.4 三維打印技術(shù)分類 3
1.1.5 三維打印特點 5
1.1.6 三維打印技術(shù)應(yīng)用 5
1.2 三維打印成型工藝 7
1.2.1 光固化成型 7
1.2.2 疊層實體制造 8
1.2.3 選擇性激光燒結(jié) 10
1.2.4 熔融沉積制造 11
1.2.5 三維印刷成型 11
1.2.6 形狀沉積制造 12
1.2.7 三維打印各成型工藝比較 12
1.3 三維打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 14
1.3.1 國外三維打印發(fā)展水平 14
1.3.2 國內(nèi)三維打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 16
1.3.3 我國三維打印技術(shù)研究的不足及發(fā)展對策 17
1.4 三維打印發(fā)展的趨勢 18
參考文獻 20
第2章 三維打印基礎(chǔ)理論 23
2.1 現(xiàn)代成型理論 23
2.2 三維打印的統(tǒng)一描述模型 24
2.2.1 三維打印零件的固化單元及CAD模型的實體點 25
2.2.2 離散-疊加過程的3個層次 25
2.3 三維打印零件的變形理論 26
2.3.1 三維打印零件的特點 26
2.3.2 三維打印零件變形的宏觀表現(xiàn) 27
2.3.3 三維打印零件的層內(nèi)應(yīng)力分析 28
2.3.4 三維打印零件的層間應(yīng)力分析 33
2.4 三維打印零件的精度研究 36
2.4.1 三維打印的精度分類 36
2.4.2 三維打印零件精度檢測的測量次數(shù)的優(yōu)化 37
2.4.3 影響三維打印零件精度的因素 39
2.5 異質(zhì)材料三維打印的理論基礎(chǔ)研究 41
2.5.1 STL文件格式 41
2.5.2 STL的細化 42
2.5.3 基于STL文件的微四面體的創(chuàng)建 42
2.5.4 微四面體創(chuàng)建流程 44
參考文獻 46
第3章 三維打印材料技術(shù) 47
3.1 概述 47
3.2 SL工藝成型材料 47
3.2.1 概述 47
3.2.2 光敏樹脂復(fù)合材料 53
3.2.3 發(fā)展與展望 55
3.3 SLS工藝成型材料 58
3.3.1 高分子粉末材料 58
3.3.2 石蠟粉末材料 59
3.3.3 陶瓷粉末材料 59
3.3.4 覆膜砂粉末材料 60
3.3.5 塑料粉末材料 60
3.3.6 金屬粉末材料 60
3.4 LOM工藝成型材料 61
3.4.1 紙材 61
3.4.2 陶瓷 63
3.5 FDM工藝成型材料 63
3.5.1 熔絲線材 64
3.5.2 FDM陶瓷材料 64
3.5.3 木塑復(fù)合材料 65
3.5.4 FDM支撐材料 65
3.6 3 DP工藝成型材料 66
3.6.1 塑料材料 66
3.6.2 金屬材料 67
3.6.3 陶瓷材料 67
3.6.4 其他成型材料 68
3.6.5 3 DP支撐材料 69
3.7 供料系統(tǒng)的設(shè)計 70
3.7.1 浸沒式 70
3.7.2 噴涂式 70
3.7.3 輥刮式 72
3.7.4 輥卷式 72
3.8 材料的后處理 73
3.8.1 剝離 73
3.8.2 修補、打磨和拋光 73
3.8.3 表面涂覆 73
參考文獻 78
第4章 三維打印能源技術(shù) 83
4.1 三維打印中的能源概述 83
4.2 SL工藝中的光學(xué)技術(shù) 83
4.2.1 光源選擇與設(shè)計的依據(jù) 83
4.2.2 光源比較與選擇 84
4.2.3 SL工藝中的紫外輻射光學(xué)系統(tǒng) 86
4.3 SLS工藝中的光學(xué)系統(tǒng) 89
4.3.1 激光器 89
4.3.2 掃描方式 89
4.3.3 激光與金屬粉末材料的相互作用 91
4.4 FDM工藝中的加熱系統(tǒng) 92
4.4.1 供料裝置 92
4.4.2 成型工藝參數(shù) 93
4.5 LOM工藝中的加熱系統(tǒng) 94
4.5.1 加熱系統(tǒng)分類 94
4.5.2 幾種熱壓方式的比較 95
4.5.3 熱壓系統(tǒng)的組成 96
4.63 DP工藝中的噴墨系統(tǒng) 96
參考文獻 99
第5章 三維打印數(shù)據(jù)反求技術(shù) 101
5.1 三維打印數(shù)據(jù)反求技術(shù)概述 101
5.1.1 三維打印數(shù)據(jù)反求技術(shù)起源 101
5.1.2 三維打印數(shù)據(jù)反求技術(shù)基本工作原理 102
5.1.3 三維打印數(shù)據(jù)反求技術(shù)分類 103
5.1.4 三維打印數(shù)據(jù)反求技術(shù)應(yīng)用 103
5.1.5 國外三維反求技術(shù)的研究現(xiàn)狀 106
5.1.6 國內(nèi)三維反求技術(shù)的研究現(xiàn)狀 107
5.2 體數(shù)據(jù)反求技術(shù) 107
5.2.1 體數(shù)據(jù)反求技術(shù)概述 107
5.2.2 典型的體數(shù)據(jù)反求技術(shù)——層去圖像掃描測量法 110
5.3 面數(shù)據(jù)反求技術(shù) 112
5.3.1 面數(shù)據(jù)反求技術(shù)概述 112
5.3.2 典型的面數(shù)據(jù)反求技術(shù)1——三坐標測量法 115
5.3.3 典型的面數(shù)據(jù)反求技術(shù)2——結(jié)構(gòu)光三維掃描法 118
參考文獻 134
第6章 三維打印軟件技術(shù) 137
6.1 概述 137
6.2 設(shè)計方法分類 139
6.2.1 正向設(shè)計 139
6.2.2 逆向設(shè)計 139
6.2.3 正逆向混合設(shè)計 140
6.3 正向設(shè)計技術(shù) 140
6.3.1 正向設(shè)計建模的發(fā)展 140
6.3.2 正向建模方法 142
6.3.3 典型的設(shè)計軟件介紹 144
6.4 逆向設(shè)計技術(shù) 147
6.4.1 逆向設(shè)計概述 147
6.4.2 離散數(shù)據(jù)及其表示 147
6.4.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理 153
6.4.4 離散曲面建模 156
6.4.5 典型離散建模設(shè)計軟件 160
6.5 模型支撐添加技術(shù) 165
6.5.1 添加支撐的必要性 165
6.5.2 添加支撐的類型 166
6.5.3 支撐添加的途徑 167
6.5.4 支撐與零件的合并 168
6.6 STL切片技術(shù) 168
6.6.1 定層厚拓撲切片 169
6.6.2 定層厚容錯切片 171
6.6.3 直接分層切片 172
6.7 三維打印成型工藝數(shù)據(jù)處理 174
6.7.1 文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
6.7.2 層片截面內(nèi)外輪廓的識別 175
6.7.3 光斑半徑補償 176
6.7.4 掃描工藝 178
6.7.5 仿真與加工 181
參考文獻 182
第7章 異質(zhì)材料三維打印技術(shù) 186
7.1 概述 186
7.1.1 異質(zhì)實體分類 186
7.1.2 異質(zhì)材料零件應(yīng)用 188
7.1.3 異質(zhì)材料零件的發(fā)展現(xiàn)狀 189
7.2 靜態(tài)型異質(zhì)材料建模理論研究 190
7.2.1 HEOCAD材料空間描述 190
7.2.2 HEO靜態(tài)建模方法的研究現(xiàn)狀 192
7.2.3 基于微四面體的HEO內(nèi)外表面材料設(shè)計 194
7.2.4 HEO內(nèi)部材料設(shè)計 195
7.2.5 總結(jié) 196
7.3 基于空間點云數(shù)據(jù)的異質(zhì)材料零件動態(tài)建模方法 196
7.3.1 基于特征節(jié)點的動態(tài)HEO材料建模 197
7.3.2 設(shè)計實例 198
7.4 基于微滴噴射的HFEO零件的成型方法研究 200
7.4.1 多材料成型技術(shù)的研究現(xiàn)狀 200
7.4.2 利用彩色STL模型表示零件的材料信息 200
7.4.3 多材料模型的切片 201
7.4.4 基于材料特征節(jié)點的HEO彩色模型數(shù)據(jù)處理 201
7.4.5 異質(zhì)材料模型的設(shè)計和制造流程 206
參考文獻 212
第8章 三維實體微打印技術(shù) 214
8.1 概述 214
8.2 三維實體微打印基礎(chǔ)理論 214
8.2.1 微立體光刻三維實體微打印基礎(chǔ)理論 214
8.2.2 液滴微噴射三維實體微打印基礎(chǔ)理論 216
8.3 三維實體微打印成型設(shè)備 224
8.3.1 液料光固化微立體光刻設(shè)備 225
8.3.2 粉末熱燒結(jié)微立體光刻設(shè)備 230
8.3.3 激光微熔覆設(shè)備 231
8.4 三維實體微打印應(yīng)用 233
8.4.1 微立體光刻三維微打印應(yīng)用 233
8.4.2 液滴微噴射三維微打印應(yīng)用 238
8.5 三維實體微打印發(fā)展趨勢 246
8.5.1 開發(fā)新型微打印材料 246
8.5.2 開發(fā)新的成型能源 247
8.5.3 新型液滴微噴射方法的研究 247
8.5.4 數(shù)據(jù)采集、處理和監(jiān)控軟件的研發(fā) 248
8.5.5 應(yīng)用領(lǐng)域的拓展 248
參考文獻 248
第9章 三維打印技術(shù)應(yīng)用 253
9.1 三維打印技術(shù)在快速模具制造中的應(yīng)用 253
9.1.1 快速模具制造技術(shù)的產(chǎn)生 253
9.1.2 快速模具制造技術(shù)的應(yīng)用 253
9.1.3 快速模具制造在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 254
9.1.4 快速模具的發(fā)展趨勢 255
9.1.5 快速模具制造的分類 256
9.2 三維打印技術(shù)在醫(yī)療工程中的應(yīng)用 259
9.2.1 三維打印醫(yī)學(xué)模型的作用 259
9.2.2 用3DP工藝制作釋放藥物系統(tǒng) 260
9.2.3 用三維打印技術(shù)制作人工骨 262
9.2.4 三維打印醫(yī)學(xué)模型的有效性考查 264
9.2.5 三維打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的發(fā)展趨勢 266
9.3 三維打印技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用 269
9.4 三維打印技術(shù)在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用 272
9.4.1 新產(chǎn)品開發(fā) 272
9.4.2 藝術(shù)創(chuàng)作 274
9.4.3 原型設(shè)計 274
參考文獻 276
附錄 278
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