編著者
主編簡介
譯者序
前言
第1 章　3D 打印與工程全球化 1
　1. 1　引言 1
　1. 2　3D 打印的歷史 2
　　1. 2. 1　3D 打印的開始 2
　　1. 2. 2　其他3D 打印技術的發展 2
　　1. 2. 3　從原型制作到3D 打印零件 3
　　1. 2. 4　3D 打印的影響 5
　1. 3　當前制造業面臨的難題 5
　　1. 3. 1　集中式和基于預測的制造中存在的問題 5
　　1. 3. 2　通用化設計: 消費者僅對符合其要求的產品滿意 6
　1. 4　3D 打印: 無法比擬的工藝典范 7
　　1. 4. 1　3D 打印技術的現狀及其概念 7
　　1. 4. 2　3D 打印技術的優點: 隨心所欲地設計 7
　　1. 4. 3　3D 打印技術的優點: 在制造業中的多功能性 8
　　1. 4. 4　3D 打印技術的優點: 可增強材料的性能 8
　　1. 4. 5　3D 打印技術已經成為現代制造業的一部分 9
　　1. 4. 6　從計算機輔助設計到3D 打印技術的演變及其對制造業的影響 9
　1. 5　工程全球化與3D 打印 10
　　1. 5. 1　工程從本地化轉化為全球化 10
　　1. 5. 2　工程師在世界任何地方都可以變得有效和高效 11
　　1. 5. 3　太空制造不再是一個夢想 12
　1. 6　發展趨勢 12
　　1. 6. 1　定制產品的按需生產 12
　　1. 6. 2　允許人們把創造力轉化為現實 14
　　1. 6. 3　個人3D 打印設備: 一種標配的家庭設備 14
　　1. 6. 4　3D 打印推進醫療技術并救助生命 15
　1. 7　結語 16
　參考文獻 17
第2 章　聚合物和復合材料的3D 打印 20
　2. 1　引言 20
　2. 2　高強度熱塑性塑料和纖維增強熱塑性塑料的3D 打印技術 24
　2. 3　高強度熱固性塑料和短切纖維增強復合材料的3D 打印技術 28
　2. 4　可用于納米復合材料的3D 打印工藝 32
　2. 5　連續纖維增強復合材料的3D 打印過程 36
　2. 6　3D 打印過程中粘結劑的作用及其選擇 46
　2. 7　特例: 3D 打印過程中的原位纖維強化 56
　2. 8　當前面臨的挑戰及未來的發展趨勢 58
　參考文獻 59
第3 章　金屬的沉積法及固態3D 打印技術 64
　3. 1　引言 64
　3. 2　技術現狀 66
　　3. 2. 1　粉末沉積技術 66
　　3. 2. 2　熔絲沉積技術 73
　　3. 2. 3　固態3D 打印工藝 79
　　3. 2. 4　基于電沉積的3D 打印技術 82
　3. 3　新興的3D 打印技術 85
　　3. 3. 1　摩擦自由成型制造技術 85
　　3. 3. 2　混合技術 86
　3. 4　機遇和挑戰 87
　　3. 4. 1　材料方面 87
　　3. 4. 2　工藝方面 88
　　3. 4. 3　設備方面 88
　3. 5　未來的發展方向 89
　參考文獻 90
第4 章　基于粉末技術的金屬3D 打印技術 102
　4. 1　從快速原型到快速制造 102
　4. 2　基于粉床的3D 打印系統的功能描述 106
　4. 3　一般過程 111
　　4. 3. 1　CAD 文件 111
　　4. 3. 2　STL 轉化為分層文件 112
　　4. 3. 3　文件導入到機器 114
　　4. 3. 4　構建過程 114
　　4. 3. 5　后處理 115
　4. 4　激光參數 115
　4. 5　植入物或生物醫療器械的特殊要求 120
　4. 6　Ti6Al4V 122
　4. 7　多孔結構的標準 124
　4. 8　多孔結構的設計 125
　4. 9　格子結構的設計 126
　　4. 9. 1　Netfabb 軟件設計格子結構 126
　　4. 9. 2　Within Enhance 軟件設計格子結構 128
　4. 10　工藝過程的影響因素 133
　　4. 10. 1　曝光 134
　　4. 10. 2　固化區 134
　　4. 10. 3　束偏移 134
　　4. 10. 4　基本曝光類型ChessRotLx 136
　　4. 10. 5　基本曝光類型Contours 136
　　4. 10. 6　基本曝光類型SkinCore 137
　　4. 10. 7　基本曝光類型SLI-HatchLx 138
　　4. 10. 8　基本曝光類型UpDownStripesAdaptiveLx 138
　　4. 10. 9　基本曝光類型UpDownStripesAdaptiveRotLx 138
　4. 11　結語 140
　參考文獻 140
第5 章　陶瓷的3D 打印技術 145
　5. 1　引言 145
　5. 2　陶瓷的立體光刻技術 146
　　5. 2. 1　立體光刻技術的歷史及方法 146
　　5. 2. 2　陶瓷懸浮液的穩定性及其流變特性 147
　　5. 2. 3　陶瓷懸浮液的立體光刻技術 148
　　5. 2. 4　應用及未來的發展 149
　5. 3　陶瓷的選擇性激光燒結技術 151
　　5. 3. 1　選擇性激光燒結的歷史與方法 151
　　5. 3. 2　陶瓷的直接選擇性激光燒結技術 152
　　5. 3. 3　陶瓷的間接選擇性激光燒結技術 154
　　5. 3. 4　應用和未來的發展 156
　5. 4　陶瓷的噴墨3D 打印技術 157
　　5. 4. 1　噴墨3D 打印技術的歷史及方法 157
　　5. 4. 2　噴墨3D 打印加工陶瓷 159
　5. 5　陶瓷的熔融沉積成型技術 162
　　5. 5. 1　陶瓷熔融沉積技術的歷史及方法 162
　　5. 5. 2　陶瓷熔融沉積加工陶瓷 164
　5. 6　陶瓷的分層實體制造技術 166
　　5. 6. 1　分層實體制造技術的歷史與方法 166
　　5. 6. 2　分層實體制造加工陶瓷 168
　5. 7　激光近凈成型技術TM 169
　　5. 7. 1　激光近凈成型技術的歷史與方法 169
　　5. 7. 2　激光近凈成型技術加工陶瓷 171
　5. 8　自動注漿成型技術 175
　5. 9　陶瓷3D 打印未來的發展趨勢 178
　5. 10　結語 180
　參考文獻 182
第6 章　3D 打印中的設計問題 193
　6. 1　引言 193
　6. 2　3D 打印中的設計與加工概述 194
　　6. 2. 1　3D 打印的設計模型 194
　　6. 2. 2　3D 打印的過程 195
　　6. 2. 3　3D 打印設計 197
　6. 3　機遇與挑戰 199
　　6. 3. 1　設計準則和設計工具 199
　　6. 3. 2　多孔零件及網格結構 199
　　6. 3. 3　多材料零件 199
　　6. 3. 4　3D 打印的質量規范和檢驗 200
　6. 4　結語 201
　參考文獻 201
第7 章　生物打印: 3D 打印在醫學上的應用 205
　7. 1　引言 205
　7. 2　生物打印方法 207
　　7. 2. 1　噴墨打印 207
　　7. 2. 2　立體光刻和雙光子聚合 208
　　7. 2. 3　直接激光打印 209
　　7. 2. 4　擠出打印 211
　7. 3　結語 218
　致謝 218
　參考文獻 218
第8 章　多功能打印: 將電子產品融入3D 打印零件中 224
　8. 1　引言 224
　8. 2　什么是電子產品? 為什么要將電子產品融入3D 打印零件中? 226
　8. 3　電子產品的傳統制備方法 227
　8. 4　打印的電子產品 229
　8. 5　電子產品的直寫技術 232
　8. 6　為什么直寫技術不能容易地轉換為3D 打印 233
　8. 7　在3D 零件中生成電子產品的方法分類 234
　　8. 7. 1　復合芯片內置法(類別1) 234
　　8. 7. 2　表面直寫法(類別2) 238
　　8. 7. 3　自由形態多材料3D 打印方法(類別3) 248
　8. 8　結語 253
　參考文獻 256
第9 章　3D 打印的工業實現 274
　9. 1　引言 274
　9. 2　3D 打印技術在工業產品中的應用 274
　9. 3　工程熱塑性材料零件的直接制造 275
　9. 4　零件的間接制造 279
　9. 5　金屬零件的直接制造 282
　9. 6　發展前景 286
　參考文獻 287
第10 章　航天工業領域的3D 打印 288
　10. 1　引言 288
　　10. 1. 1　低成本系統 290
　　10. 1. 2　低質量系統 294
　　10. 1. 3　先進推進系統 296
　　10. 1. 4　原位資源的利用 298
　10. 2　發展文化認同 301
　　10. 2. 1　保證安全與質量: 3D 打印工藝的資格認證 302
　　10. 2. 2　短期成功的實例: 縮短開發時間 303
　　10. 2. 3　文化灌輸: 在3D 打印領域培養勞動力 304
　10. 3　結語 305
第11 章　材料領域的3D 打印與創新 306
　11. 1　引言 306
　11. 2　3D 打印用復合材料 307
　　11. 2. 1　金屬基復合材料 308
　　11. 2. 2　陶瓷基復合材料 311
　　11. 2. 3　聚合物基復合材料 314
　11. 3　通過3D 打印技術制備的納米復合材料結構 316
　　11. 3. 1　金屬基納米復合材料 316
　　11. 3. 2　聚合物基納米復合材料 318
　11. 4　功能材料 320
　　11. 4. 1　功能梯度材料 320
　　11. 4. 2　儲氫材料 323
　11. 5　設計自由/ 3D 打印可行的設計 323
　　11. 5. 1　網格結構的設計與開發 324
　　11. 5. 2　醫學應用的設計創新 328
　　11. 5. 3　多功能設備 333
　11. 6　結語 336
　參考文獻 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應用 349
　12. 3　一個擴展活動: 機器人設計挑戰 358
　12. 4　超越課堂 359
　12. 5　結語 360
第13 章　個性化植入與3D 打印 362
　13. 1　引言 362
　13. 2　臨床應用之路 363
　13. 3　模板軟件: 植入物的大小 364
　13. 4　牙科行業: 大量私人定制產品的例子 365
　13. 5　與患者匹配的手術導板和骨模型的3D 打印 366
　13. 6　常規產品的3D 打印 367
　13. 7　個性化植入物的3D 打印 368
　13. 8　硬組織替代顱骨重建 369
　13. 9　制造成本: 3D 打印是一種可行的技術嗎? 370
　13. 10　成像人體解剖學的作用 371
　13. 11　最常見的技術 372
　　13. 11. 1　計算機斷層掃描 372
　　13. 11. 2　核磁共振成像 372
　　13. 11. 3　超聲波檢測 372
　　13. 11. 4　X 射線 373
　13. 12　分割 373
　　13. 12. 1　手動分割 373
　　13. 12. 2　半自動化分割 373
　　13. 12. 3　自動化分割 373
　　13. 12. 4　分割精度 374
　13. 13　軟件 374
　13. 14　CAD 轉換成STL 375
　13. 15　亟需的技術 375
　13. 16　展望未來 376
第14 章　3D 打印: 扁平化制造的未來 378
　14. 1　簡介 378
　14. 2　從3D 打印汽車到空間3D 打印機 379
　14. 3　從生物打印到柔性電子系統 380
　14. 4　在制造業中使用3D 打印創新: 復合材料結構 381
　14. 5　3D 打印在修復中的應用 382
　14. 6　3D 打印在組織工程和藥物傳遞方面的應用 383
　14. 7　按需生產與批量制造 385
　14. 8　結語 386
　參考文獻 386