机械工业出版社-图书展示-科技图书-机械工程-模具-3D打印技术与应用-机械|电工电子|汽车|计算机|建筑|经管|教材|中小学教辅|生活|大众|数字出版--Powered By SiteEngine

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
　1.2　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　Ti6Al4V122
　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　WithinEnhance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　3D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　3D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　3D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

本书从3D打印技术的应用出发，全面系统地介绍了3D打印核心技术的原理、工艺、应用及发展前景，以及对社会和教育的贡献。结构清晰，论述流畅，是目前同类书籍中科学性、先进性和实用性均较佳的论著。
本书内容中既有深入浅出的科普知识，同时也包括大量有关具体材料、具体物件3D打印的专业知识，能够从不同领域、不同维度满足我国目前3D打印领域方兴未艾的巨大需求，对于我国3D打印技术的发展具有很好的指导和推动作用。期望本书能够帮助读者全面深入了解并推动3D打印技术的长足发展。
全书共分14章。第1章介绍了3D打印的历史及发展趋势，工程全球化与3D打印的关系；第2~5章介绍了传统材料，包括聚合物、复合材料、金属材料、陶瓷材料的3D打印技术；第6章讨论了3D打印设计和建模中存在的问题；第7章介绍了生物3D打印技术在医学上的应用；第8章介绍了利用3D打印技术对电子设备的打印；第9章介绍了3D打印的工业化实施之路；第10章介绍了3D打印应用于航天工业的可能性；第11章介绍了3D打印技术在材料利用及材料开发中的创新与突破；第12章介绍了3D打印在教育领域的应用；第13章介绍了医学领域中3D打印个体化设计与制造的应用；第14章介绍了3D打印未来将如何影响制造业的发展及我们的日常生活。
本书第1章、第14章及文前等由太原理工大学王文先翻译；第2章由太原理工大学张红霞翻译；第3章由上海锐戎激光焊接技术有限公司王玢翻译；第4章由太原科技大学葛亚琼翻译；第5章由山西省激光加工与增材制造学会关卓森翻译；第6章和第7章由太原理工大学董鹏翻译；第8章由美国密苏里科技大学黎颖奇翻译；第9章和第10章由太原理工大学闫志峰翻译；第11章由太原理工大学游志勇翻译；第12章由太原理工大学程伟丽编译；第13章由太原理工大学崔泽琴翻译。
全书由美国宾夕法尼亚州立大学周峻副教授审校。周峻老师以其严谨的治学态度和博学的专业知识，为本书的翻译工作提出了许多宝贵意见和建议，在此表示衷心的感谢。
由于时间及译者水平有限，书中难免有不当之处，恳请读者不吝批评指正。

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Tom Gualtieri、Sahar Vahabzadeh 与Dongxu Ke。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。
Amit Bandyopadhyay　Susmita Bose
华盛顿州立大学