材料作為3D打印行業(yè)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),其發(fā)展情況將決定3D打印技術(shù)能否廣泛應(yīng)用。高分子材料具有密度小、質(zhì)量小、成形溫度低等優(yōu)點(diǎn),因此成為了3D打印中應(yīng)用規(guī)模、實(shí)際產(chǎn)量*,應(yīng)用領(lǐng)域*廣的材料體系。本書(shū)主要以三種典型的高分子材料3D打印工藝光固化成形(SLA)、熔融沉積成形(FDM)、激光選區(qū)燒結(jié)(SLS)為主線,聚焦于成形原理的論述和成形實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。在成形原理部分著重闡述不同工藝的成形特點(diǎn),在實(shí)驗(yàn)部分設(shè)計(jì)系列實(shí)驗(yàn),與成形原理部分呼應(yīng)并形成有機(jī)整體,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)原理與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。其中:第1章為緒論,對(duì)3D打印進(jìn)行了基本闡述;第2~4章分別介紹了光固化成形、熔融沉積成形以及激光選區(qū)燒結(jié)的成形原理;第5~14章設(shè)計(jì)了10個(gè)實(shí)驗(yàn),可作為實(shí)踐教學(xué)的參考。
本書(shū)是交叉學(xué)科研究生高水平課程系列教材中的一本,全書(shū)數(shù)字化配套習(xí)題答案,可在線掃碼查看答案詳解。全書(shū)由華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、閆春澤教授主編。依托材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研成果,概括總結(jié)了三種典型的高分子材料3D打印工藝光固化成形(SLA)、熔融沉積成形(FDM)、激光選區(qū)燒結(jié)(SLS)為主線,聚焦于成形原理的論述和成形實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。在成形原理部分著重闡述不同工藝的成形特點(diǎn),在實(shí)驗(yàn)部分設(shè)計(jì)系列實(shí)驗(yàn),與成形原理部分呼應(yīng)并形成有機(jī)整體,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)原理與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。本書(shū)可為高等院?勺鳛閷(shí)踐教學(xué)的參考。
總序
2015年10月,國(guó)務(wù)院印發(fā)《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》;2017年1月,教育部、財(cái)政部、國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)實(shí)施辦法(暫行)》。此后,堅(jiān)持中國(guó)特色、世界一流,以立德樹(shù)人為根本,建設(shè)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科成為大學(xué)發(fā)展的重要途徑。
當(dāng)代科技的發(fā)展呈現(xiàn)出多學(xué)科相互交叉、相互滲透、高度綜合以及系統(tǒng)化、整體化的趨勢(shì),構(gòu)建多學(xué)科交叉的培養(yǎng)環(huán)境,培養(yǎng)復(fù)合創(chuàng)新型人才已經(jīng)成為研究生教育發(fā)展的共識(shí)和趨勢(shì),也是研究生培養(yǎng)模式改革的重要課題。華中科技大學(xué)交叉學(xué)科研究生高水平課程建設(shè)項(xiàng)目是華中科技大學(xué)雙一流建設(shè)項(xiàng)目拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃中的子項(xiàng)目,用于支持跨院(系)、跨一級(jí)學(xué)科的研究生高水平課程建設(shè),這些課程作為選修課對(duì)學(xué)術(shù)型碩士生和博士生開(kāi)放。與之配套,華中科技大學(xué)與華中科技大學(xué)出版社組織撰寫(xiě)了本套交叉學(xué)科研究生高水平課程系列教材。
研究生掌握知識(shí)從教材的感知開(kāi)始,感知越豐富,觀念越清晰,優(yōu)秀教材使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中獲得的知識(shí)更加系統(tǒng)化、規(guī)范化。本套叢書(shū)是華中科技大學(xué)交叉學(xué)科研究生高水平課程建設(shè)的重要探索。不同學(xué)科交叉融合有不同特點(diǎn),教學(xué)規(guī)律不盡相同,因此每本教材各有側(cè)重,如:《學(xué)習(xí)記憶與機(jī)器學(xué)習(xí)》旨在提高學(xué)生在課程教學(xué)中的實(shí)踐能力和自主創(chuàng)新能力;《代謝與疾病基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)技術(shù)》旨在將基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用緊密結(jié)合,使研究生的培養(yǎng)模式更符合未來(lái)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的模式;《高分子材料3D打印成形原理與實(shí)驗(yàn)》旨在將實(shí)驗(yàn)與成形原理呼應(yīng)并形成有機(jī)整體,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)原理和實(shí)際應(yīng)用的具體結(jié)合,有助于提升教學(xué)質(zhì)量。本套叢書(shū)凝聚著編者的心血,熠熠生輝,此處不一一列舉。
本套叢書(shū)的編撰得到了各方的支持和幫助,我校100余位師生參與其中,涉及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院、機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院、環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、化學(xué)與化工學(xué)院、藥學(xué)院、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、同濟(jì)醫(yī)院、人工智能與自動(dòng)化學(xué)院、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、光學(xué)與電子信息學(xué)院、船舶與海洋工程學(xué)院以及材料科學(xué)與工程學(xué)院12個(gè)單位的24個(gè)一級(jí)學(xué)科,華中科技大學(xué)出版社承擔(dān)了編校出版任務(wù),在此一并向所有辛勤付出的老師、同學(xué)和編輯們表示感謝!衷心期望本套叢書(shū)能為提高我校交叉學(xué)科研究生的培養(yǎng)質(zhì)量發(fā)揮重要作用,誠(chéng)懇期待兄弟高校師生的關(guān)注和指正。
2019年3月于喻園
前言
材料作為3D打印行業(yè)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),在該行業(yè)發(fā)展中始終扮演著舉足輕重的角色,從某種程度上講,材料的發(fā)展將成為3D打印技術(shù)未來(lái)能否實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的決定性因素。目前,材料種類(lèi)少、性能低是制約3D打印技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸之一。高分子材料具有密度小、質(zhì)量小、成形溫度低等優(yōu)點(diǎn),成為目前3D打印中應(yīng)用規(guī)模、實(shí)際產(chǎn)量最大,應(yīng)用領(lǐng)域最廣的材料體系。高分子材料3D打印技術(shù)正在蓬勃發(fā)展,日新月異,新工藝、新材料、新裝備不斷涌現(xiàn),然而在高分子材料3D打印領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)至今還沒(méi)有一本專(zhuān)業(yè)、系統(tǒng)、全面的大中專(zhuān)教學(xué)用教材。為此,華中科技大學(xué)組織了一批在國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期從事高分子材料3D打印技術(shù)教學(xué)與研究的科研人員,綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果,在多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研基礎(chǔ)上編寫(xiě)了本教材。
本書(shū)的編寫(xiě)思路及特點(diǎn):以三種典型的高分子材料3D打印工藝光固化成形(SLA)、熔融沉積成形(FDM)、激光選區(qū)燒結(jié)(SLS)為主線,聚焦于成形原理的論述和成形實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。在成形原理部分著重闡述不同工藝的成形特點(diǎn),在實(shí)驗(yàn)部分設(shè)計(jì)系列實(shí)驗(yàn),與成形原理部分呼應(yīng)并形成有機(jī)整體,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)原理和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,有利于達(dá)到由淺入深、學(xué)以致用的教學(xué)目的。
全書(shū)共分為14章。第1章為緒論,簡(jiǎn)述了3D打印的概念、3D打印中應(yīng)用的高分子材料,以及高分子材料3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展歷程。第2章、第3章、第4章分別介紹了光固化成形、熔融沉積成形、激光選區(qū)燒結(jié)三種工藝的成形原理,重點(diǎn)介紹了工藝原理、材料與工藝特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及成形性能等內(nèi)容。第5~14章按照上述三種工藝分類(lèi)并選用典型的材料設(shè)計(jì)了10個(gè)實(shí)驗(yàn),其中,第5章、第6章為光固化成形實(shí)驗(yàn),第7~10章為熔融沉積成形實(shí)驗(yàn),第11~14章為激光選區(qū)燒結(jié)實(shí)驗(yàn),可作為實(shí)踐教學(xué)的參考。
本書(shū)由華中科技大學(xué)閆春澤、文世峰、伍宏志主編。具體寫(xiě)作分工如下:第1章、第4章、第11~14章由閆春澤編寫(xiě);第3章、第7~10章由文世峰編寫(xiě);第2章、第5章、第6章由伍宏志編寫(xiě)。另外,研究生季憲泰、吳雪良、胡輝、王沖、陳柯宇、許博安、黃耀東、劉主峰等參與了編寫(xiě)工作。本書(shū)最后由華中科技大學(xué)史玉升教授主審。
由于編者的水平有限,本書(shū)的內(nèi)容有很多值得商討的地方,同時(shí)難免有疏漏之處,懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
編者2019年3月
目錄
第1章緒論/1
1.13D打印技術(shù)概述/1
1.2高分子材料3D打印技術(shù)/3
1.3思考題/5
第2章光固化光敏樹(shù)脂成形原理/6
2.1光固化反應(yīng)機(jī)理與成形原理/6
2.2光固化成形用光敏樹(shù)脂/17
2.3光固化成形工藝/30
2.4思考題/32
第3章熔融沉積成形高分子絲狀材料成形原理/33
3.1熔融沉積成形的高分子絲狀材料/33
3.2熔融沉積成形中的支撐材料/40
3.3熔融沉積成形用ABS絲狀材料/51
3.4思考題/57
第4章激光選區(qū)燒結(jié)高分子粉末材料成形原理/58
4.1激光選區(qū)燒結(jié)工藝的原理及特點(diǎn)/58
4.2高分子及其復(fù)合粉末材料的制備、組成及表征/66
4.3激光選區(qū)燒結(jié)件的后處理材料及工藝/73
4.4尼龍12粉末材料及其SLS成形/85
4.5思考題/102
第5章紫外光固化成形光敏樹(shù)脂實(shí)驗(yàn)/103
5.1實(shí)驗(yàn)基本理論/103
5.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求/107
5.3實(shí)驗(yàn)用材料、工具及儀器設(shè)備/108
5.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟/108
5.5性能測(cè)試/112
5.6思考題/114
第6章數(shù)字光處理成形光敏樹(shù)脂實(shí)驗(yàn)/115
6.1實(shí)驗(yàn)基本理論/115
6.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求/117
6.3實(shí)驗(yàn)用材料、工具及儀器設(shè)備/117
6.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟/118
6.5性能測(cè)試/119
6.6思考題/122
第7章熔融沉積成形聚乳酸(PLA)材料實(shí)驗(yàn)/123
7.1實(shí)驗(yàn)原理/123
7.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?125
7.3實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備/125
7.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟/126
7.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析/128
7.6思考題/132
目錄··高分子材料3D打印成形原理與實(shí)驗(yàn)··第8章熔融沉積成形聚碳酸酯(PC)材料實(shí)驗(yàn)/133
8.1實(shí)驗(yàn)基本理論/133
8.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求/135
8.3實(shí)驗(yàn)材料、工具及儀器設(shè)備/135
8.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟/136
8.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析/137
8.6思考題/141
第9章熔融沉積成形丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)材料實(shí)驗(yàn)/142
9.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?142
9.2實(shí)驗(yàn)要求/142
9.3實(shí)驗(yàn)材料及主要測(cè)試設(shè)備/143
9.4增塑ABS線材的制備及性能測(cè)試/144
9.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析/146
9.6思考題/152
第10章熔融沉積成形熱塑性聚氨酯(TPU)彈性體實(shí)驗(yàn)/153
10.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?153
10.2實(shí)驗(yàn)材料及儀器設(shè)備/153
10.3TPU制備及性能測(cè)試/154
10.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析/155
10.5思考題/162
第11章激光選區(qū)燒結(jié)尼龍12(PA12)醫(yī)療輔具實(shí)驗(yàn)/163
11.1實(shí)驗(yàn)原理/163
11.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?169
11.3實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備/169
11.4實(shí)驗(yàn)步驟/169
11.5性能測(cè)試/170
11.6實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容/170
11.7思考題/170
第12章激光選區(qū)燒結(jié)成形鑄造砂型(芯)實(shí)驗(yàn)/171
12.1實(shí)驗(yàn)原理/171
12.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?178
12.3實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備/178
12.4實(shí)驗(yàn)步驟/179
12.5性能測(cè)試/179
12.6實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容/179
12.7思考題/179
第13章激光選區(qū)燒結(jié)成形聚苯乙烯(PS)精密鑄造熔模實(shí)驗(yàn)/180
13.1實(shí)驗(yàn)基本理論/180
13.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求/184
13.3實(shí)驗(yàn)材料、成形及測(cè)試設(shè)備/185
13.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟/185
13.5實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容/186
13.6思考題/186
第14章激光選區(qū)燒結(jié)成形高性能高分子零件實(shí)驗(yàn)/187
14.1實(shí)驗(yàn)基本理論/187
14.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求/192
14.3實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、材料及工具/192
14.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟/193
14.5實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容/194
14.6思考題/194
參考文獻(xiàn)/195