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,因此成為了3D打印中應(yīng)用規(guī)模、實際產(chǎn)量*,應(yīng)用領(lǐng)域*廣的材料體系。本書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驗的設(shè)計。在成形原理部分著重闡述不同工藝的成形特點,在實驗部分設(shè)計系列實驗,與成形原理部分呼應(yīng)并形成有機整體,實現(xiàn)基礎(chǔ)原理與實際應(yīng)用相結(jié)合。其中:第1章為緒論,對3D打印進行了基本闡述;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)計了10個實驗,可作為實踐教學(xué)的參考。
本書是交叉學(xué)科研究生高水平課程系列教材中的一本,全書數(shù)字化配套習(xí)題答案,可在線掃碼查看答案詳解。全書由華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點實驗室主任、閆春澤教授主編。依托材料成形與模具技術(shù)國家重點實驗室的科研成果,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驗的設(shè)計。在成形原理部分著重闡述不同工藝的成形特點,在實驗部分設(shè)計系列實驗,與成形原理部分呼應(yīng)并形成有機整體,實現(xiàn)基礎(chǔ)原理與實際應(yīng)用相結(jié)合。本書可為高等院?勺鳛閷嵺`教學(xué)的參考。
總序
2015年10月,國務(wù)院印發(fā)《統(tǒng)籌推進世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》;2017年1月,教育部、財政部、國家發(fā)展改革委印發(fā)《統(tǒng)籌推進世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)實施辦法(暫行)》。此后,堅持中國特色、世界一流,以立德樹人為根本,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,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)展的共識和趨勢,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)項目是華中科技大學(xué)雙一流建設(shè)項目拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃中的子項目,用于支持跨院(系)、跨一級學(xué)科的研究生高水平課程建設(shè),這些課程作為選修課對學(xué)術(shù)型碩士生和博士生開放。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。
研究生掌握知識從教材的感知開始,感知越豐富,觀念越清晰,優(yōu)秀教材使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲得的知識更加系統(tǒng)化、規(guī)范化。本套叢書是華中科技大學(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,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)記憶與機器學(xué)習(xí)》旨在提高學(xué)生在課程教學(xué)中的實踐能力和自主創(chuàng)新能力;《代謝與疾病基礎(chǔ)研究實驗技術(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)模式更符合未來轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的模式;《高分子材料3D打印成形原理與實驗》旨在將實驗與成形原理呼應(yīng)并形成有機整體,實現(xiàn)基礎(chǔ)原理和實際應(yīng)用的具體結(jié)合,有助于提升教學(xué)質(zhì)量。本套叢書凝聚著編者的心血,熠熠生輝,此處不一一列舉。
本套叢書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、同濟醫(yī)院、人工智能與自動化學(xué)院、計算機科學(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個單位的24個一級學(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)未來能否實現(xiàn)廣泛應(yīng)用的決定性因素。目前,材料種類少、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,成為目前3D打印中應(yīng)用規(guī)模、實際產(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,國內(nèi)至今還沒有一本專業(yè)、系統(tǒng)、全面的大中專教學(xué)用教材。為此,華中科技大學(xué)組織了一批在國內(nèi)長期從事高分子材料3D打印技術(shù)教學(xué)與研究的科研人員,綜合國內(nèi)外相關(guān)研究成果,在多年的教學(xué)經(jīng)驗和科研基礎(chǔ)上編寫了本教材。
本書的編寫思路及特點: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驗的設(shè)計。在成形原理部分著重闡述不同工藝的成形特點,在實驗部分設(shè)計系列實驗,與成形原理部分呼應(yīng)并形成有機整體,實現(xiàn)基礎(chǔ)原理和實際應(yīng)用相結(jié)合,有利于達到由淺入深、學(xué)以致用的教學(xué)目的。
全書共分為14章。第1章為緒論,簡述了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,重點介紹了工藝原理、材料與工藝特點、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并選用典型的材料設(shè)計了10個實驗,其中,第5章、第6章為光固化成形實驗,第7~10章為熔融沉積成形實驗,第11~14章為激光選區(qū)燒結(jié)實驗,可作為實踐教學(xué)的參考。
本書由華中科技大學(xué)閆春澤、文世峰、伍宏志主編。具體寫作分工如下:第1章、第4章、第11~14章由閆春澤編寫;第3章、第7~10章由文世峰編寫;第2章、第5章、第6章由伍宏志編寫。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工作。本書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,本書的內(nèi)容有很多值得商討的地方,同時難免有疏漏之處,懇請廣大讀者批評指正。
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章光固化光敏樹脂成形原理/6
2.1光固化反應(yīng)機理與成形原理/6
2.2光固化成形用光敏樹脂/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/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脂實驗/103
5.1實驗基本理論/103
5.2實驗?zāi)康呐c要求/107
5.3實驗用材料、工具及儀器設(shè)備/108
5.4實驗內(nèi)容及步驟/108
5.5性能測試/112
5.6思考題/114
第6章數(shù)字光處理成形光敏樹脂實驗/115
6.1實驗基本理論/115
6.2實驗?zāi)康呐c要求/117
6.3實驗用材料、工具及儀器設(shè)備/117
6.4實驗內(nèi)容及步驟/118
6.5性能測試/119
6.6思考題/122
第7章熔融沉積成形聚乳酸(PLA)材料實驗/123
7.1實驗原理/123
7.2實驗?zāi)康?125
7.3實驗材料及設(shè)備/125
7.4實驗內(nèi)容及步驟/126
7.5實驗結(jié)果分析/128
7.6思考題/132
目錄··高分子材料3D打印成形原理與實驗··第8章熔融沉積成形聚碳酸酯(PC)材料實驗/133
8.1實驗基本理論/133
8.2實驗?zāi)康呐c要求/135
8.3實驗材料、工具及儀器設(shè)備/135
8.4實驗內(nèi)容及步驟/136
8.5實驗結(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)材料實驗/142
9.1實驗?zāi)康?142
9.2實驗要求/142
9.3實驗材料及主要測試設(shè)備/143
9.4增塑ABS線材的制備及性能測試/144
9.5實驗結(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)彈性體實驗/153
10.1實驗?zāi)康?153
10.2實驗材料及儀器設(shè)備/153
10.3TPU制備及性能測試/154
10.4實驗結(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)療輔具實驗/163
11.1實驗原理/163
11.2實驗?zāi)康?169
11.3實驗材料與設(shè)備/169
11.4實驗步驟/169
11.5性能測試/170
11.6實驗報告內(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)實驗/171
12.1實驗原理/171
12.2實驗?zāi)康?178
12.3實驗材料與設(shè)備/178
12.4實驗步驟/179
12.5性能測試/179
12.6實驗報告內(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)精密鑄造熔模實驗/180
13.1實驗基本理論/180
13.2實驗?zāi)康呐c要求/184
13.3實驗材料、成形及測試設(shè)備/185
13.4實驗內(nèi)容及步驟/185
13.5實驗報告內(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驗/187
14.1實驗基本理論/187
14.2實驗?zāi)康呐c要求/192
14.3實驗儀器設(shè)備、材料及工具/192
14.4實驗內(nèi)容及步驟/193
14.5實驗報告內(nèi)容/194
14.6思考題/194
參考文獻/195