第1章3D打印与工程全球化 1
1.1引言 1
1.2 3D打印的历史 2
1.2.1 3D打印的开始 2
1.2.2其他3D打印技术的发展 2
1.2.3从原型制作到3D打印零件 3
1.2.4 3D打印的影响 5
1.3当前制造业面临的难题 5
1.3.1集中式和基于预测的制造中存在的问题 5
1.3.2通用化设计：消费者仅对符合其要求的产品满意 6
1.4 3D打印：无法比拟的工艺典范 7
1.4.1 3D打印技术的现状及其概念 7
1.4.2 3D打印技术的优点：随心所欲地设计 7
1.4.3 3D打印技术的优点：在制造业中的多功能性 8
1.4.4 3D打印技术的优点：可增强材料的性能 8
1.4.5 3D打印技术已经成为现代制造业的一部分 9
1.4.6从计算机辅助设计到3D打印技术的演变及其对制造业的影响 9
1.5工程全球化与3D打印 10
1.5.1工程从本地化转化为全球化 10
1.5.2工程师在世界任何地方都可以变得有效和高效 11
1.5.3太空制造不再是一个梦想 12
1.6发展趋势 12
1.6.1定制产品的按需生产 12
1.6.2允许人们把创造力转化为现实 14
1.6.3个人3D打印设备：一种标配的家庭设备 14
1.6.4 3D打印推进医疗技术并救助生命 15
1.7结语 16
参考文献 17
第2章 聚合物和复合材料的3D打印 20
2.1引言 20
2.2高强度热塑性塑料和纤维增强热塑性塑料的3D打印技术 24
2.3高强度热固性塑料和短切纤维增强复合材料的3D打印技术 28
2.4可用于纳米复合材料的3D打印工艺 32
2.5连续纤维增强复合材料的3D打印过程 36
2.6 3D打印过程中粘结剂的作用及其选择 46
2.7特例：3D打印过程中的原位纤维强化 56
2.8当前面临的挑战及未来的发展趋势 58
参考文献 59
第3章 金属的沉积法及固态3D打印技术 64
3.1引言 64
3.2技术现状 66
3.2.1粉末沉积技术 66
3.2.2熔丝沉积技术 73
3.2.3固态3D打印工艺 79
3.2.4基于电沉积的3D打印技术 82
3.3新兴的3D打印技术 85
3.3.1摩擦自由成型制造技术 85
3.3.2混合技术 86
3.4机遇和挑战 87
3.4.1材料方面 87
3.4.2工艺方面 88
3.4.3设备方面 88
3.5未来的发展方向 89
参考文献 90
第4章 基于粉末技术的金属3D打印技术 102
4.1从快速原型到快速制造 102
4.2基于粉床的3D打印系统的功能描述 106
4.3一般过程 111
4.3.1 CAD文件 111
4.3.2 STL转化为分层文件 112
4.3.3文件导入到机器 114
4.3.4构建过程 114
4.3.5后处理 115
4.4激光参数 115
4.5植入物或生物医疗器械的特殊要求 120
4.6 Ti6A14V 122
4.7多孔结构的标准 124
4.8多孔结构的设计 125
4.9格子结构的设计 126
4.9.1 Netfabb软件设计格子结构 126
4.9.2 Within Enhance软件设计格子结构 128
4.10工艺过程的影响因素 133
4.10.1曝光 134
4.10.2固化区 134
4.10.3束偏移 134
4.10.4基本曝光类型ChessRotLx 136
4.10.5基本曝光类型Contours 136
4.10.6基本曝光类型SkinCore 137
4.10.7基本曝光类型SLI-HatchLx 138
4.10.8基本曝光类型UpDownStripesAdaptiveLx 138
4.10.9基本曝光类型UpDownStripesAdaptiveRotLx 138
4.11 结语 140
参考文献 140
第5章 陶瓷的 3D打印技术 145
5.1引言 145
5.2陶瓷的立体光刻技术 146
5.2.1立体光刻技术的历史及方法 146
5.2.2陶瓷悬浮液的稳定性及其流变特性 147
5.2.3陶瓷悬浮液的立体光刻技术 148
5.2.4应用及未来的发展 149
5.3陶瓷的选择性激光烧结技术 151
5.3.1选择性激光烧结的历史与方法 151
5.3.2陶瓷的直接选择性激光烧结技术 152
5.3.3陶瓷的间接选择性激光烧结技术 154
5.3.4应用和未来的发展 156
5.4陶瓷的喷墨3D打印技术 157
5.4.1喷墨3D打印技术的历史及方法 157
5.4.2喷墨3D打印加工陶瓷 159
5.5陶瓷的熔融沉积成型技术 162
5.5.1陶瓷熔融沉积技术的历史及方法 162
5.5.2陶瓷熔融沉积加工陶瓷 164
5.6陶瓷的分层实体制造技术 166
5.6.1分层实体制造技术的历史与方法 166
5.6.2分层实体制造加工陶瓷 168
5.7激光近净成型技术TM 169
5.7.1激光近净成型技术的历史与方法 169
5.7.2激光近净成型技术加工陶瓷 171
5.8自动注浆成型技术 175
5.9陶瓷3D打印未来的发展趋势 178
5.10结语 180
参考文献 182
第6章3D打印中的设计问题 193
6.1引言 193
6.2 3 D打印中的设计与加工概述 194
6.2.1 3D打印的设计模型 194
6.2.2 3 D打印的过程 195
6.2.3 3D打印设计 197
6.3机遇与挑战 199
6.3.1设计准则和设计工具 199
6.3.2多孔零件及网格结构 199
6.3.3多材料零件 199
6.3.4 3D打印的质量规范和检验 200
6.4结语 201
参考文献 201
第7章 生物打印：3D打印在医学上的应用 205
7.1引言 205
7.2生物打印方法 207
7.2.1喷墨打印 207
7.2.2立体光刻和双光子聚合 208
7.2.3直接激光打印 209
7.2.4挤出打印 211
7.3结语 218
致谢 218
参考文献 218
第8章 多功能打印：将电子产品融入3D打印零件中 224
8.1引言 224
8.2什么是电子产品？为什么要将电子产品融入3D打印零件中？ 226
8.3电子产品的传统制备方法 227
8.4打印的电子产品 229
8.5电子产品的直写技术 232
8.6为什么直写技术不能容易地转换为3D打印 233
8.7在3D零件中生成电子产品的方法分类 234
8.7.1复合芯片内置法（类别1） 234
8.7.2表面直写法（类别2） 238
8.7.3自由形态多材料3D打印方法（类别3） 248
8.8结语 253
参考文献 256
第9章3D打印的工业实现 274
9.1引言 274
9.2 3 D打印技术在工业产品中的应用 274
9.3工程热塑性材料零件的直接制造 275
9.4零件的间接制造 279
9.5金属零件的直接制造 282
9.6发展前景 286
参考文献 287
第10章 航天工业领域的3D打印 288
10.1引言 288
10.1.1低成本系统 290
10.1.2低质量系统 294
10.1.3先进推进系统 296
10.1.4原位资源的利用 298
10.2发展文化认同 301
10.2.1保证安全与质量：3D打印工艺的资格认证 302
10.2.2短期成功的实例：缩短开发时间 303
10.2.3文化灌输：在3D打印领域培养劳动力 304
10.3结语 305
第11章 材料领域的3D打印与创新 306
11.1引言 306
11.2 3D打印用复合材料 307
11.2.1金属基复合材料 308
11.2.2陶瓷基复合材料 311
11.2.3聚合物基复合材料 314
11.3通过3D打印技术制备的纳米复合材料结构 316
11.3.1金属基纳米复合材料 316
11.3.2聚合物基纳米复合材料 318
11.4功能材料 320
11.4.1功能梯度材料 320
11.4.2储氢材料 323
11.5设计自由／3D打印可行的设计 323
11.5.1网格结构的设计与开发 324
11.5.2医学应用的设计创新 328
11.5.3多功能设备 333
11.6结语 336
参考文献 337
第12章3D打印教育 348
12.1引言 348
12.2 3D打印在工程教育中的应用 349
12.3一个扩展活动：机器人设计挑战 358
12.4超越课堂 359
12.5结语 360
第13章 个性化植入与3D打印 362
13.1引言 362
13.2临床应用之路 363
13.3模板软件：植入物的大小 364
13.4牙科行业：大量私人定制产品的例子 365
13.5与患者匹配的手术导板和骨模型的3D打印 366
13.6常规产品的3D打印 367
13.7个性化植入物的3D打印 368
13.8硬组织替代颅骨重建 369
13.9制造成本：3D打印是一种可行的技术吗？ 370
13.10成像人体解剖学的作用 371
13.11最常见的技术 372
13.11.1计算机断层扫描 372
13.11.2核磁共振成像 372
13.11.3超声波检测 372
13.11.4 X射线 373
13.12分割 373
13.12.1手动分割 373
13.12.2半自动化分割 373
13.12.3自动化分割 373
13.12.4分割精度 374
13.13软件 374
13.14 CAD转换成STL 375
13.15 亟需的技术 375
13.16展望未来 376
第14章3D打印：扁平化制造的未来 378
14.1简介 378
14.2从3D打印汽车到空间3D打印机 379
14.3从生物打印到柔性电子系统 380
14.4在制造业中使用3D打印创新：复合材料结构 381
14.5 3D打印在修复中的应用 382
14.6 3D打印在组织工程和药物传递方面的应用 383
14.7按需生产与批量制造 385
14.8结语 386
参考文献 386