增材制造技术原理及应用

目录
第1章 概论 1
1.1 增材制造技术概念 1
1.2 增材制造技术发展历程 2
1.3 增材制造技术特点 3
1.4 增材制造的工艺种类 4
1.5 增材制造使用的材料 5
1.6 增材制造技术的发展趋势 6
第2章 光固化制造技术 8
2.1 光固化制造技术发展历史 8
2.2 光固化成形工艺原理 8
2.3 光固化成形材料 9
2.4 光固化成形系统及工艺 15
2.4.1 成形系统的组成及其工艺流程 15
2.4.2 成形过程 17
2.4.3 成形工艺 19
2.4.4 成形时间 20
2.4.5 成形件的后处理 21
2.5 光固化成形精度 22
2.5.1 影响精度的因素 22
2.5.2 衡量精度的标准 25
2.5.3 标准测试件的测量 25
2.5.4 提高精度的方法 26
2.6 光固化成形设备 27
2.7 光固化成形典型应用 30
2.7.1 在珠宝首饰中的应用 30
2.7.2 在生物制造工程和医学中的应用 31
2.7.3 在软模快速制造方面的应用 31
第3章 叠层实体制造技术 33
3.1 叠层实体制造技术发展历史 33
3.2 叠层实体制造工艺原理 33
3.3 叠层实体制造成形材料 35
3.4 叠层实体制造设备及核心器件 37
3.5 叠层实体制造工艺参数 41
3.6 叠层实体制造后处理 42
3.7 叠层实体制造工艺特点 43
3.7.1 叠层实体制造技术的特点 43
3.7.2 叠层实体制造成形的精度 45
3.8 叠层实体制造成形效率 46
3.9 叠层实体制造典型应用 47
3.9.1 复杂结构成形 47
3.9.2 产品原型制作 48
3.9.3 工业产品模型 49
3.9.4 工艺品制作 49
3.9.5 铸造木模制作 49
第4章 熔融沉积成形技术 51
4.1 熔融沉积成形技术发展历史 51
4.2 熔融沉积成形工艺原理 52
4.2.1 熔融挤出过程 52
4.2.2 喷头内熔体的热平衡 53
4.2.3 喷头内熔体流动性 54
4.3 熔融沉积成形材料 56
4.3.1 聚合物材料物性分析 57
4.3.2 聚合物材料的热物理性质 58
4.3.3 成形材料的性能要求 59
4.3.4 支撑材料的性能要求 61
4.4 熔融沉积成形系统 62
4.4.1 硬件系统 62
4.4.2 软件系统 68
4.5 熔融沉积成形设备 69
4.5.1 熔融沉积成形设备的组成 69
4.5.2 典型熔融沉积成形设备 70
4.6 熔融沉积成形工艺流程 72
4.6.1 前处理 72
4.6.2 原型制作 72
4.6.3 后处理 73
4.7 熔融沉积成形优缺点 73
4.8 熔融沉积成形误差 74
4.8.1 原理性误差分析 75
4.8.2 工艺性误差分析 77
4.8.3 后期处理误差分析 81
4.9 熔融沉积成形制件力学性能 82
4.10 熔融沉积成形典型应用 83
4.10.1 教育科研 83
4.10.2 建筑行业 84
4.10.3 消费娱乐行业 84
4.10.4 地理信息系统 84
4.10.5 医疗行业 85
4.10.6 工业设计行业 85
4.10.7 配件饰品 86
第5章 激光选区烧结技术 87
5.1 激光选区烧结技术发展历史 87
5.2 激光选区烧结工艺原理 88
5.2.1 激光选区烧结成形原理 88
5.2.2 激光烧结机理 89
5.3 激光选区烧结成形材料 91
5.3.1 粉末特性 91
5.3.2 成形材料分类 92
5.4 激光选区烧结核心器件 95
5.5 激光选区烧结成形设备 97
5.6 激光选区烧结工艺特点 99
5.7 激光选区烧结制件性能 100
5.7.1 高分子尼龙-12/铝复合材料SLS制件性能 100
5.7.2 覆膜砂SLS制件性能 101
5.7.3 Al2O3陶瓷SLS制件性能 102
5.7.4 金属制件性能 104
5.8 激光选区烧结的典型应用 105
5.8.1 铸造砂型(芯)成形 105
5.8.2 铸造熔模的成形 105
5.8.3 高分子功能零件的成形 106
5.8.4 生物制造 107
第6章 激光选区熔化技术 109
6.1 激光选区熔化技术发展历史 109
6.2 激光选区熔化工艺原理 110
6.2.1 激光能量的传递 110
6.2.2 金属粉体对激光的吸收率 110
6.2.3 熔池动力学 111
6.2.4 熔池稳定性 111
6.3 激光选区熔化成形材料 112
6.3.1 粉末堆积特性 112
6.3.2 粒径分布 113
6.3.3 粉末的流动性 114
6.3.4 粉末的氧含量 114
6.3.5 粉末对激光的吸收率 114
6.4 激光选区熔化核心器件 115
6.4.1 主机 115
6.4.2 激光器 115
6.4.3 光路传输系统 117
6.4.4 控制系统 118
6.4.5 软件系统 118
6.5 激光选区熔化成形设备 119
6.5.1 激光选区熔化成形的设备组成 119
6.5.2 典型SLM设备 121
6.6 激光选区熔化成形工艺流程 123
6.6.1 材料准备 123
6.6.2 工作腔准备 124
6.6.3 模型准备 124
6.6.4 零件加工 124
6.6.5 零件后处理 126
6.7 激光选区熔化优缺点 126
6.8 激光选区熔化冶金特点 128
6.8.1 球化 128
6.8.2 孔隙 129
6.8.3 裂纹 129
6.8.4 典型材料的微观特征与力学性能 130
6.9 激光选区熔化的典型应用 132
6.9.1 轻量化结构 132
6.9.2 个性化植入体 134
6.9.3 随形水道模具 135
6.9.4 复杂整体结构 136
6.9.5 免组装结构 137
第7章 激光工程净成形技术 140
7.1 激光工程净成形技术发展历史 140
7.2 激光工程净成形的工艺原理 142
7.2.1 粉末熔化和凝固过程 143
7.2.2 熔池特征 144
7.2.3 粉末穿过激光束到达熔覆层表面的状态 145
7.3 激光工程净成形材料 145
7.3.1 粉末粒度 146
7.3.2 粉末流动性 147
7.3.3 成形材料的种类 147
7.4 激光工程净成形的核心器件 147
7.4.1 激光系统——高功率激光器 148
7.4.2 数控系统 150
7.4.3 送粉系统——喷嘴 150
7.4.4 气氛控制系统 152
7.4.5 监测与反馈控制系统 153
7.5 激光工程净成形的设备 153
7.6 激光工程净成形的工艺流程 153
7.6.1 模型准备 154
7.6.2 材料准备 154
7.6.3 送料工艺 154
7.6.4 零件加工 154
7.6.5 零件后处理 155
7.7 激光工程净成形优缺点 155
7.8 激光工程净成形的冶金特点 156
7.8.1 体积收缩过大 157
7.8.2 粉末爆炸迸飞 157
7.8.3 微观裂纹 157
7.8.4 成分偏析 158
7.8.5 残余应力 158
7.9 激光工程净成形典型应用 159
7.9.1 快速模具制造 159
7.9.2 高精复杂零件的快速制造和修复 159
7.9.3 梯度功能材料的设计与制造 160
第8章 电子束选区熔化技术 162
8.1 电子束选区熔化技术发展历史 162
8.2 电子束选区熔化技术工艺原理 162
8.3 电子束选区熔化成形材料 163
8.4 电子束选区熔化核心器件 164
8.4.1 电子枪系统 164
8.4.2 真空系统 164
8.4.3 控制系统 164
8.4.4 软件系统 165
8.5 电子束选区熔化的装备 165
8.6 电子束选区熔化工艺流程 166
8.7 电子束选区熔化的优缺点 167
8.8 电子束选区熔化的冶金特点 167
8.8.1 电子束选区熔化技术的冶金缺陷 167
8.8.2 典型材料的微观特征与力学性能 169
8.9 电子束选区熔化的典型应用 170
第9章 三维喷印技术 172
9.1 三维喷印技术发展历史 172
9.2 三维喷印技术工艺原理 173
9.2.1 液滴对粉末表面的冲击 173
9.2.2 液滴在粉末表面的润湿 174
9.2.3 液滴的毛细渗透 174
9.2.4 液滴对粉末的黏结固化 175
9.3 三维喷印成形材料 175
9.3.1 基体材料 176
9.3.2 黏结材料 178
9.3.3 添加材料 179
9.4 三维喷印核心器件 179
9.4.1 喷头的工作原理和典型结构示意图 179
9.4.2 喷头的工作参数 181
9.5 三维喷印成形设备 182
9.5.1 典型三维喷印设备的组成 182
9.5.2 国外主流三维喷印厂商设备 183
9.5.3 主要工艺参数 183
9.6 三维喷印工艺过程 184
9.6.1 总体规划及黏结方案确定 185
9.6.2 黏结剂设计 186
9.6.3 粉末设计 187
9.6.4 粉液综合实验及工艺参数优化 188
9.6.5 后处理 188
9.7 三维喷印优缺点 189
9.8 三维喷印典型应用 190
9.8.1 原型制作 190
9.8.2 快速制模 190
9.8.3 功能部件制造 191
9.8.4 医学领域 191
9.8.5 制药工程 192
9.8.6 组织工程 192
9.8.7 电子电路制造的应用 192
第10章 增材制造数据处理 194
10.1 STL模型发展历史 194
10.2 STL模型的文件格式及拓扑优化 194
10.2.1 STL文件格式 194
10.2.2 STL文件拓扑关系的建立 196
10.2.3 STL文件数据的错误修正 198
10.2.4 STL模型偏置 202
10.2.5 STL模型镂空 202
10.3 STL模型切片 204
10.3.1 基于几何拓扑信息的分层切片 204
10.3.2 基于三角形面片位置信息的分层切片 205
10.3.3 基于STL网格模型几何连续性的分层切片 205
10.4 填充算法 206
10.4.1 填充的类型及特点 206
10.4.2 填充算法 207