以信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合為特征的智能制造模式,正在引發(fā)整個制造業(yè)的深刻變革。3D打印是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù),實現(xiàn)了制造從減材、等材到增材的重大轉(zhuǎn)變,改變了傳統(tǒng)制造的理念和模式,具有重大價值和拓展空間。近年來,3D打印技術(shù)正迅速發(fā)展,其所涉及的領(lǐng)域、概念及板塊幾乎涵蓋了制造業(yè)的方方面面,尤其是以互聯(lián)網(wǎng)為支撐平臺進行智能化、規(guī);ㄖ,標志著新一輪制造方式、市場營銷乃至電子商務模式的到來。有機構(gòu)預測,在不久的將來,3D打印將做到與等材制造、減材制造三足鼎立。美國《時代周刊》已將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國十大增長快的工業(yè)”,英國《經(jīng)濟學人》雜志則認為3D打印將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動實現(xiàn)新的工業(yè)革命。
在經(jīng)濟發(fā)展全球化的大背景下,個性化消費時代已經(jīng)到來,3D打印技術(shù)可以方便、快捷地制作出從單件到批量的定制化產(chǎn)品,加速推動著傳統(tǒng)加工模式的改變。有專家指出:“處不在的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和日益成熟的3D打印結(jié)合之后,可以形成威力巨大的智能制造生態(tài)系統(tǒng),打通從設計師到消費者之間的通道,并有可能取代傳統(tǒng)生產(chǎn)模式!蓖瑫r,作為產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)的利器,3D打印技術(shù)可以更好地為創(chuàng)客所用,在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的時代浪潮中發(fā)揮出獨特的作用。
本書系統(tǒng)地介紹了3D打印的技術(shù)原理及相關(guān)工藝過程,闡述了與之相關(guān)的材料特征、數(shù)據(jù)準備、后期制作以及CAD建模、反求工程等環(huán)節(jié),讓讀者對3D打印技術(shù)所涉及的前沿領(lǐng)域和新科技成果,有一個全面系統(tǒng)的認識。為提供給讀者更多的3D打印技術(shù)知識,本書以案例的形式介紹了幾款通用模型制作軟件——Thinkercad/Blender/Rhino/Blender/3D One的使用,同時通過反求測量實際案例,介紹了通過CATIA進行創(chuàng)成式設計的過程,以嶄新的視角為讀者展現(xiàn)3D打印技術(shù)的魅力。
本書配套有相應的電子教案、視頻資料及課后思考題答案,并將免費提供給采用本書作為教材的院校使用。如有需要,請發(fā)電子郵件至cipedu@163.com獲取,或登錄www.cipedu.com.cn免費下載。
本書由陳中中、朱惠玉主編,張建立、劉建偉參編,感謝蔣志強、王一工教授和暢鵬豪、楊承宇、王鵬同學提供的幫助;感謝河南泛銳研究院和3D人才網(wǎng)提供的教學培訓平臺,使本書更加系統(tǒng)和完善。
本書很多內(nèi)容來自筆者在西安交通大學先進制造技術(shù)研究所讀博期間搜集和整理的原始資料,借此向?qū)煴R秉恒院士和所引論文的作者表示衷心的感謝。
由于時間倉促,筆者水平有限,不足之處在所難免,敬請廣大讀者批評指正。后,筆者真誠地希望能夠借此機會,在與讀者的交流中共同獲得新的知識和力量。
編者
第1章3D打印技術(shù)概論 / 1
1.13D打印技術(shù)1
1.1.13D打印技術(shù)原理1
1.1.23D打印技術(shù)分類3
1.1.33D打印技術(shù)的應用16
1.2金屬成型技術(shù)22
1.2.1金屬粉末3D打印技術(shù)分類23
1.2.2其他直接金屬成型工藝29
1.3直接金屬成型工藝面臨的問題30
第2章金屬零件3D打印設備及原理 / 33
2.1選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)33
2.1.1選區(qū)激光燒結(jié)工藝特點34
2.1.2選區(qū)激光燒結(jié)后處理35
2.2選區(qū)激光熔化技術(shù)38
2.2.1選區(qū)激光熔化工藝特點38
2.2.2選區(qū)激光熔化應用現(xiàn)狀39
2.3激光近形制造技術(shù)40
2.4三維微滴噴射自由成型42
2.4.1三維微滴噴射自由成型原理42
2.4.2DoP物理黏結(jié)型3D打印43
2.4.3DoD反應相變型3D打印45
2.4.4DoD熱相變型3D打印47
2.4.5三維微滴噴射自由成型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)48
2.5三維微滴噴射自由成型材料61
2.5.1DoP物理黏結(jié)型3D打印機成型材料61
2.5.2DoD三維打印機成型材料65
第3章3D打印金屬粉末制備與檢測 / 70
3.13D打印金屬粉末介紹70
3.23D打印金屬粉末制備方法71
3.2.1水霧化法72
3.2.2氣霧化法72
3.3金屬粉末的檢測77
3.3.1球形2A14鋁合金粉末結(jié)構(gòu)與粒徑分析77
3.3.2球形銅粉結(jié)構(gòu)與性能分析79
3.3.3球形304不銹鋼粉末結(jié)構(gòu)與性能分析81
3.3.4球形630不銹鋼粉末結(jié)構(gòu)與性能分析84
3.4不同因素對球形金屬粉末性能的影響86
3.4.1霧化壓力對球形金屬粉末性能的影響86
3.4.2噴嘴結(jié)構(gòu)對球形金屬粉末性能的影響88
3.4.3金屬本身性質(zhì)對金屬粉末性能的影響90
3.5金屬粉末的其他檢測方法93
3.5.1X射線衍射分析93
3.5.2金相組織分析93
3.5.3掃描電鏡分析94
3.5.4平均粒徑及粒度分布分析95
第4章3D打印產(chǎn)品的質(zhì)量分析及后處理 / 96
4.1選區(qū)激光熔化(SLM)成型件性能分析96
4.1.1SLM成型件金相分析96
4.1.2SLM成型件X射線衍射(XRD)物相分析97
4.1.3SLM成型件掃描電鏡(SEM)分析98
4.1.4SLM成型件顯微硬度分析101
4.1.5SLM成型件尺寸精度分析101
4.1.6SLM標準樣件成型實驗及綜合性能分析102
4.2燒結(jié)及后處理工藝研究104
4.2.1燒結(jié)實驗過程104
4.2.2不同顆粒配比下的理論計算106
4.2.3實驗結(jié)果及分析106
4.2.4燒結(jié)及后處理工藝小結(jié)111
第5章3D打印技術(shù)的數(shù)據(jù)處理及CAD建模 / 112
5.13D打印的數(shù)據(jù)流程112
5.23D模型制作軟件114
5.2.1Thinkercad教程——小黃人卡通模型的建立114
5.2.2Rhino教程——小P優(yōu)優(yōu)卡通模型的建立118
5.2.3SketchUp鐵藝欄桿建模教程122
5.2.4Blender教程——櫻桃小丸子三維模型的建立129
5.2.53D One瑪雅金字塔建模教程137
5.3反求工程145
5.3.1反求工程概述146
5.3.2反求測量方法分類147
5.3.3反求數(shù)據(jù)處理153
5.3.4反求工程實例154
參考文獻 / 165