聚合物積層製造技術

　　21 世紀是全球經濟蓬勃發展的時代，是世界科學力量角逐的時代。隨著經濟水準的不斷提高和科學技術的迅猛發展，人們對物質文化生活的要求也越來越高。如何提升產品更新換代的速度以適應人們越來越高的要求，成為每一個產品設計者、製造者首要考慮的問題。當前備受關注的積層製造技術能很好地解決產品設計成本高、更新換代週期長的問題。

　　積層製造（Additive Manufacturing, AM）俗稱3D 列印，是依據三維模型資料將材料製作成物體的過程，可以直接將電腦輔助設計數位模型快速而精密地製造成三維實體零件，實現真正的自由製造。積層製造技術涉及機械設計、機械電子工程、電腦輔助設計與製造技術、逆向工程技術、分層製造技術、數控技術、材料科學和雷射技術等，是一門綜合型和交叉型的前沿製造技術。目前積層製造技術在航空航太、汽車、機械、生物醫療、藝術設計等領域已經獲得一定規模的應用，其應用的深度和廣度仍存在較大的發展空間。從技術創新角度，積層製造技術已成為且仍將是製造業的研究熱點，許多國家都對其展開了大量深入的研究。

　　本書以美國材料與試驗協會（ASTM）的標準ASTM F2972 對積層製造技術的分類為依據，介紹了七種積層製造技術的原理、材料、設備、工藝以及應用等，並加入了大量的最新研究進展。本書聚焦聚合物材料的積層製造技術，同時考慮到部分工藝在金屬、陶瓷等材料上也有廣泛應用，對所涉及內容也作了相關介紹，全書共8章：第1章簡要介紹積層製造技術的基礎知識，包括積層製造技術的定義、優缺點、分類以及標準等；第2～8章從成形原理、成形材料、成形工藝、製品性能及應用等方面分別對熔融沉積成形技術、光固化成形技術、粉末床熔融成形技術、材料噴射成形技術、黏合劑噴射成形技術、定向能量沉積技術、層積成形技術進行介紹。
 

第1章 積層製造基礎知識
1.1 積層製造的定義
1.2 3D列印的優缺點
1.3 3D列印的分類
1.4 3D列印的標準
參考文獻

第2章 熔融沉積成形技術
2.1 熔融沉積成形技術的原理、 設備和材料
2.1.1 熔融沉積成形原理
2.1.2 熔融沉積成形設備
2.1.3 熔融沉積成形材料
2.2 熔融沉積成形製品品質的影響因素
2.2.1 傳動結構對製品品質的影響
2.2.2 材料種類對製品品質的影響
2.2.3 工藝參數對製品品質的影響
2.3 熔融沉積成形技術的優缺點
2.4 基於熔融沉積成形原理的創新工藝
2.4.1 熔體微分3D列印工藝
2.4.2 多色3D列印工藝
2.4.3 多材料3D列印工藝
2.4.4 金屬3D列印工藝
2.4.5 建築材料3D列印工藝
2.4.6 陶瓷3D列印工藝
2.4.7 玻璃3D列印工藝
2.4.8 食品3D列印工藝
2.4.9 生物3D列印工藝
2.4.10 4D列印
參考文獻

第3章 光固化成形技術
3.1 光固化成形原理
3.1.1 立體光刻技術
3.1.2 數位光投影技術
3.1.3 立體光刻技術和數位光投影技術的對比
3.2 奈米光電轉換材料
3.2.1 光敏樹脂性能要求
3.2.2 影響光敏樹脂性能的因素
3.2.3 常見光敏樹脂
3.3 光聚合反應
3.3.1 自由基聚合
3.3.2 陽離子聚合
3.4 光聚合反應
3.4.1 立體光刻技術
3.4.2 數位光投影技術
3.4.3 連續液體介面提取技術
3.4.4 液晶固化成像成形技術
3.4.5 容積成形技術
3.5 常見設備及其性能
3.6 光固化成形的技術進展
3.6.1 光敏樹脂研發進展
3.6.2 光固化陶瓷新材料研發進展
參考文獻

第4章 粉末床熔融成形技術
4.1 粉末床熔融成形原理、 特點和設備
4.1.1 選擇性雷射燒結技術
4.1.2 選擇性雷射熔融技術
4.1.3 電子束熔融技術
4.2 粉末床熔融成形適用材料
4.2.1 高分子基粉末
4.2.2 陶瓷基粉末
4.2.3 金屬基粉末
4.3 粉末床熔融成形的影響因素
4.3.1 工藝參數
4.3.2 粉末特性
參考文獻

第5章 材料噴射成形技術
5.1 材料噴射成形技術的基本原理
5.2 液滴的形成機理與分類
5.3 材料噴射成形材料
5.3.1 聚合物
5.3.2 金屬
5.3.3 陶瓷
5.3.4 水凝膠
5.3.5 生物材料
5.4 材料噴射成形技術的優缺點
5.5 材料噴射成形設備
5.5.1 聚合物噴射成形設備
5.5.2 金屬噴射成形設備
5.5.3 陶瓷噴射成形設備
參考文獻

第6章 黏合劑噴射成形技術
6.1 黏合劑噴射成形技術的基本原理
6.2 黏合劑噴射成形技術的優缺點
6.3 黏合劑噴射成形技術的適用材料
6.3.1 黏合劑
6.3.2 列印材料
6.4 黏合劑噴射成形設備
6.4.1 鋪粉系統
6.4.2 噴射系統
6.4.3 三維運動系統
6.5 黏合劑噴射工藝控制系統
6.5.1 單色切片
6.5.2 彩色切片
6.6 黏合劑噴射成形的技術進展
6.6.1 成形過程研究進展
6.6.2 砂型列印技術進展
6.6.3 後處理工藝研究現狀
參考文獻



7.1 定向能量沉積技術的基本原理
7.2 定向能量沉積技術的適用材料與設備
7.3 定向能量沉積技術的優缺點
7.4 定向能量沉積技術的應用領域
7.4.1 石油行業
7.4.2 軍事領域
參考文獻

第8章 積層成形技術
8.1 分層實體製造技術
8.1.1 分層實體製造技術原理及過程
8.1.2 分層實體製造技術優缺點
8.2 超音積層製造技術
8.3 積層成形技術的適用材料
8.3.1 分層實體製造技術的成形材料
8.3.2 超音積層製造技術的成形材料
參考文獻

 

作者簡介



焦志偉

　　機械設計及理論博士，副研究員。研究方向為高分子材料先進製造工藝與裝備、3D／4D列印、軟體機器人與柔性智慧感知。在國內外期刊發表第一作者／通訊作者論文59篇，SCI收錄11篇，是頂級期刊《Science Robotics》等雜誌的審稿人。

于源

　　機電工程學院副教授，碩士生指導教授。發表科研論文90餘篇，其中SCI、EI收錄50餘篇。

楊衛民

　　博士，曾至日本東京大學留學，在世界著名的高分子材料注射成型加工研究基地——橫井研究室做博士後研究員。現為「機械設計及理論」和「材料加工工程」學科的碩博士生指導教授。