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第1章 绪论1

1.1 三维打印技术概述1

1.1.1 三维打印成型原理1

1.1.2 三维打印定义2

1.1.3 三维打印起源3

1.1.4 三维打印技术分类3

1.1.5 三维打印特点5

1.1.6 三维打印技术应用5

1.2 三维打印成型工艺7

1.2.1 光固化成型7

1.2.2 叠层实体制造8

1.2.3 选择性激光烧结10

1.2.4 熔融沉积制造11

1.2.5 三维印刷成型11

1.2.6 形状沉积制造12

1.2.7 三维打印各成型工艺比较12

1.3 三维打印技术的发展现状14

1.3.1 国外三维打印发展水平14

1.3.2 国内三维打印技术的发展现状16

1.3.3 我国三维打印技术研究的不足及发展对策17

1.4 三维打印发展的趋势18

参考文献20

第2章 三维打印基础理论23

2.1 现代成型理论23

2.2 三维打印的统一描述模型24

2.2.1 三维打印零件的固化单元及CAD模型的实体点25

2.2.2 离散-叠加过程的3个层次25

2.3 三维打印零件的变形理论26

2.3.1 三维打印零件的特点26

2.3.2 三维打印零件变形的宏观表现27

2.3.3 三维打印零件的层内应力分析28

2.3.4 三维打印零件的层间应力分析33

2.4 三维打印零件的精度研究36

2.4.1 三维打印的精度分类36

2.4.2 三维打印零件精度检测的测量次数的优化37

2.4.3 影响三维打印零件精度的因素39

2.5 异质材料三维打印的理论基础研究41

2.5.1 STL文件格式41

2.5.2 STL的细化42

2.5.3 基于STL文件的微四面体的创建42

2.5.4 微四面体创建流程44

参考文献46

第3章 三维打印材料技术47

3.1 概述47

3.2 SL工艺成型材料47

3.2.1 概述47

3.2.2 光敏树脂复合材料53

3.2.3 发展与展望55

3.3 SLS工艺成型材料58

3.3.1 高分子粉末材料58

3.3.2 石蜡粉末材料59

3.3.3 陶瓷粉末材料59

3.3.4 覆膜砂粉末材料60

3.3.5 塑料粉末材料60

3.3.6 金属粉末材料60

3.4 LOM工艺成型材料61

3.4.1 纸材61

3.4.2 陶瓷63

3.5 FDM工艺成型材料63

3.5.1 熔丝线材64

3.5.2 FDM陶瓷材料64

3.5.3 木塑复合材料65

3.5.4 FDM支撑材料65

3.6 3DP工艺成型材料66

3.6.1 塑料材料66

3.6.2 金属材料67

3.6.3 陶瓷材料67

3.6.4 其他成型材料68

3.6.5 3DP支撑材料69

3.7 供料系统的设计70

3.7.1 浸没式70

3.7.2 喷涂式70

3.7.3 辊刮式72

3.7.4 辊卷式72

3.8 材料的后处理73

3.8.1 剥离73

3.8.2 修补、打磨和抛光73

3.8.3 表面涂覆73

参考文献78

第4章 三维打印能源技术83

4.1 三维打印中的能源概述83

4.2 SL工艺中的光学技术83

4.2.1 光源选择与设计的依据83

4.2.2 光源比较与选择84

4.2.3 SL工艺中的紫外辐射光学系统86

4.3 SLS工艺中的光学系统89

4.3.1 激光器89

4.3.2 扫描方式89

4.3.3 激光与金属粉末材料的相互作用91

4.4 FDM工艺中的加热系统92

4.4.1 供料装置92

4.4.2 成型工艺参数93

4.5 LOM工艺中的加热系统94

4.5.1 加热系统分类94

4.5.2 几种热压方式的比较95

4.5.3 热压系统的组成96

4.6 3DP工艺中的喷墨系统96

参考文献99

第5章 三维打印数据反求技术101

5.1 三维打印数据反求技术概述101

5.1.1 三维打印数据反求技术起源101

5.1.2 三维打印数据反求技术基本工作原理102

5.1.3 三维打印数据反求技术分类103

5.1.4 三维打印数据反求技术应用103

5.1.5 国外三维反求技术的研究现状106

5.1.6 国内三维反求技术的研究现状107

5.2 体数据反求技术107

5.2.1 体数据反求技术概述107

5.2.2 典型的体数据反求技术——层去图像扫描测量法110

5.3 面数据反求技术112

5.3.1 面数据反求技术概述112

5.3.2 典型的面数据反求技术1——三坐标测量法115

5.3.3 典型的面数据反求技术2——结构光三维扫描法118

参考文献134

第6章 三维打印软件技术137

6.1 概述137

6.2 设计方法分类139

6.2.1 正向设计139

6.2.2 逆向设计139

6.2.3 正逆向混合设计140

6.3 正向设计技术140

6.3.1 正向设计建模的发展140

6.3.2 正向建模方法142

6.3.3 典型的设计软件介绍144

6.4 逆向设计技术147

6.4.1 逆向设计概述147

6.4.2 离散数据及其表示147

6.4.3 数据预处理153

6.4.4 离散曲面建模156

6.4.5 典型离散建模设计软件160

6.5 模型支撑添加技术165

6.5.1 添加支撑的必要性165

6.5.2 添加支撑的类型166

6.5.3 支撑添加的途径167

6.5.4 支撑与零件的合并168

6.6 STL切片技术168

6.6.1 定层厚拓扑切片169

6.6.2 定层厚容错切片171

6.6.3 直接分层切片172

6.7 三维打印成型工艺数据处理174

6.7.1 文件数据结构174

6.7.2 层片截面内外轮廓的识别175

6.7.3 光斑半径补偿176

6.7.4 扫描工艺178

6.7.5 仿真与加工181

参考文献182

第7章 异质材料三维打印技术186

7.1 概述186

7.1.1 异质实体分类186

7.1.2 异质材料零件应用188

7.1.3 异质材料零件的发展现状189

7.2 静态型异质材料建模理论研究190

7.2.1 HEO CAD材料空间描述190

7.2.2 HEO静态建模方法的研究现状192

7.2.3 基于微四面体的HEO内外表面材料设计194

7.2.4 HEO内部材料设计195

7.2.5 总结196

7.3 基于空间点云数据的异质材料零件动态建模方法196

7.3.1 基于特征节点的动态HEO材料建模197

7.3.2 设计实例198

7.4 基于微滴喷射的HEO零件的成型方法研究200

7.4.1 多材料成型技术的研究现状200

7.4.2 利用彩色STL模型表示零件的材料信息200

7.4.3 多材料模型的切片201

7.4.4 基于材料特征节点的HEO彩色模型数据处理201

7.4.5 异质材料模型的设计和制造流程206

参考文献212

第8章 三维实体微打印技术214

8.1 概述214

8.2 三维实体微打印基础理论214

8.2.1 微立体光刻三维实体微打印基础理论214

8.2.2 液滴微喷射三维实体微打印基础理论216

8.3 三维实体微打印成型设备224

8.3.1 液料光固化微立体光刻设备225

8.3.2 粉末热烧结微立体光刻设备230

8.3.3 激光微熔覆设备231

8.4 三维实体微打印应用233

8.4.1 微立体光刻三维微打印应用233

8.4.2 液滴微喷射三维微打印应用238

8.5 三维实体微打印发展趋势246

8.5.1 开发新型微打印材料246

8.5.2 开发新的成型能源247

8.5.3 新型液滴微喷射方法的研究247

8.5.4 数据采集、处理和监控软件的研发248

8.5.5 应用领域的拓展248

参考文献248

第9章 三维打印技术应用253

9.1 三维打印技术在快速模具制造中的应用253

9.1.1 快速模具制造技术的产生253

9.1.2 快速模具制造技术的应用253

9.1.3 快速模具制造在国内外的研究现状254

9.1.4 快速模具的发展趋势255

9.1.5 快速模具制造的分类256

9.2 三维打印技术在医疗工程中的应用259

9.2.1 三维打印医学模型的作用259

9.2.2 用3DP工艺制作释放药物系统260

9.2.3 用三维打印技术制作人工骨262

9.2.4 三维打印医学模型的有效性考查264

9.2.5 三维打印技术在医学应用方面的发展趋势266

9.3 三维打印技术在建筑行业的应用269

9.4 三维打印技术在其他领域中的应用272

9.4.1 新产品开发272

9.4.2 艺术创作274

9.4.3 原型设计274

参考文献276

附录278