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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