本書(shū)以3D打印技術(shù)工藝為主線(xiàn),系統(tǒng)探究3D打印技術(shù)的工藝原理及創(chuàng)新應(yīng)用。本書(shū)介紹了3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、工程應(yīng)用和工藝原理等,探討了熔融沉積成型工藝、光固化成型工藝、激光選區(qū)燒結(jié)工藝、三維立體打印工藝以及激光選區(qū)熔化工藝等3D打印技術(shù)工藝,并結(jié)合機(jī)電產(chǎn)品研發(fā)、教育機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)的典型研發(fā)項(xiàng)目案例,系統(tǒng)總結(jié)了3D打印技術(shù)在新產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)中的應(yīng)用。
3D打印技術(shù)最早稱(chēng)為快速成形技術(shù)或快速原型制造技術(shù),誕生于20世紀(jì)80年代后期,是在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、機(jī)械工程、分層制造技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)制造技術(shù)?梢宰詣(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵,從而為零件原型制作、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效低成本的實(shí)現(xiàn)手段。
傳統(tǒng)制造技術(shù)是“減材制造技術(shù)”,3D打印則是“增材制造技術(shù)”,它具有數(shù)字制造、分層制造、堆積制造、直接制造、快速制造等明顯特點(diǎn),被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命最具標(biāo)志性的生產(chǎn)工具”。3D打印技術(shù)內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品生命周期前端的“快速原型”和全生產(chǎn)周期的“快速制造”相關(guān)的所有打印工藝、技術(shù)、設(shè)備類(lèi)別和應(yīng)用。
3D打印技術(shù),屬于新一代綠色高端制造業(yè),與智能機(jī)器人、人工智能并稱(chēng)為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的三大關(guān)鍵技術(shù),這項(xiàng)技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展是全球正在興起新一輪數(shù)字化制造浪潮的重要基礎(chǔ)。加快3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展,有利于國(guó)家在全球科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中占領(lǐng)高地,進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)由“工業(yè)大國(guó)”向“工業(yè)強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)變,促進(jìn)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè),加快創(chuàng)造性人才培養(yǎng)。
目前,我國(guó)3D打印技術(shù)雖然取得了長(zhǎng)足進(jìn)展,與美歐等發(fā)達(dá)國(guó)家基本處于同一水平,甚至在金屬構(gòu)件打印方面已經(jīng)超過(guò)美國(guó)。但與美國(guó)相比,我國(guó)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)重視和規(guī)劃不夠。一是主導(dǎo)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、公共技術(shù)平臺(tái)尚未確立,缺乏產(chǎn)學(xué)研一體化機(jī)構(gòu),技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用還處于無(wú)序狀態(tài);二是產(chǎn)業(yè)規(guī);潭鹊,產(chǎn)業(yè)鏈尚未有效形成,產(chǎn)業(yè)整合度較低;三是缺乏市場(chǎng)機(jī)制,技術(shù)進(jìn)步主要在國(guó)家項(xiàng)目資助下開(kāi)展,企業(yè)的主體作用不明顯;四是教育培訓(xùn)和社會(huì)推廣乏力,3D打印相關(guān)課程尚未列入機(jī)械、材料、信息技術(shù)等工程學(xué)科的教學(xué)必修課程體系,企業(yè)對(duì)3D打印技術(shù)的前景認(rèn)識(shí)不到位導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)需求不足。
國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2015-2016年)明確指出組織實(shí)施學(xué)校增材制造技術(shù)普及工程。在學(xué)校配置增材制造設(shè)備及教學(xué)軟件,開(kāi)設(shè)增材制造知識(shí)的教育培訓(xùn)課程,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的興趣、愛(ài)好、意識(shí),在具備條件的企業(yè)設(shè)立增材制造實(shí)習(xí)基地,鼓勵(lì)開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐。依托已有的增材制造優(yōu)勢(shì)高校和科研機(jī)構(gòu),建立健全增材制造人才培養(yǎng)體系,積極開(kāi)展高校教師的增材制造知識(shí)培訓(xùn),支持在有條件的高校設(shè)立增材制造課程、學(xué)科或?qū)I(yè),鼓勵(lì)院校與企業(yè)聯(lián)合辦學(xué)或建立增材制造人才培訓(xùn)基地。
為了滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)高校開(kāi)設(shè)增材制造(3D打。┫嚓P(guān)課程教學(xué)的實(shí)際需要,我們結(jié)合編者近年來(lái)的3D打印技術(shù)課程教學(xué)改革和科研實(shí)踐,組織編寫(xiě)了3D打印實(shí)用教程,本教材分為十章。第一章主要論述了3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和工程應(yīng)用等;第二章主要介紹了3D打印技術(shù)的工藝及原理;第三章主要介紹了熔融沉積成型工藝;第四章介紹了光固化成型工藝;第五章介紹了激光選區(qū)燒結(jié)工藝;第六章介紹了三維立體打印工藝;第七章介紹了激光選區(qū)熔化工藝;第八章通過(guò)典型的創(chuàng)意產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目,詳細(xì)闡述了創(chuàng)意產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)過(guò)程;第九章通過(guò)典型機(jī)電產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目,詳細(xì)闡述了機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)過(guò)程;第十章通過(guò)典型的教育機(jī)器人研發(fā)項(xiàng)目,詳細(xì)闡述了教育機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)過(guò)程;第十一章主要論述了3D打印技術(shù)的設(shè)計(jì)思維和工程應(yīng)用;第十二章主要論述了基于3D打印技術(shù)的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)。
本書(shū)既是作者五年3D打印技術(shù)理論研究與實(shí)踐探索相互融合的結(jié)晶,也是江西省“卓越工程師教育計(jì)劃”試點(diǎn)專(zhuān)業(yè)多年來(lái)人才培養(yǎng)模式改革成果總結(jié),同時(shí)也是近年來(lái)基于3D打印技術(shù)培養(yǎng)一批創(chuàng)新研發(fā)型新產(chǎn)品研發(fā)工程師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。
本書(shū)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面:
先進(jìn)性。作者在3D打印技術(shù)掀起第三次工業(yè)革命的背景下,面向3D打印產(chǎn)品研發(fā)工程師的教育培養(yǎng),系統(tǒng)性地介紹了前沿性的3D打印工藝,并開(kāi)拓性地提出3D打印新技術(shù)在創(chuàng)意產(chǎn)品、機(jī)器人產(chǎn)品和機(jī)電產(chǎn)品中的創(chuàng)新應(yīng)用。
綜合性。本書(shū)研究的內(nèi)容注重機(jī)械工程、工業(yè)設(shè)計(jì)、材料工程、增材制造等多學(xué)科知識(shí)與工程技術(shù)的交叉滲透,打破傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)門(mén)類(lèi)對(duì)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力體系的束縛,突破傳統(tǒng)學(xué)科、專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)體系的樊籬,力求基于新產(chǎn)品研發(fā)的全生命周期理論和新產(chǎn)品研發(fā)模式,培養(yǎng)具有高創(chuàng)造性的3D打印產(chǎn)品研發(fā)工程師。
創(chuàng)造性。本書(shū)所涉及的多個(gè)新產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)工程案例,大都來(lái)源于工程實(shí)際,具有新穎性、獨(dú)特性和創(chuàng)造性,其中多項(xiàng)產(chǎn)品申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利與實(shí)用新型專(zhuān)利,大部分目前已經(jīng)獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的專(zhuān)利授權(quán)。創(chuàng)造性運(yùn)用3D打印技術(shù)開(kāi)展多項(xiàng)新產(chǎn)品研發(fā)的工程創(chuàng)造實(shí)踐,重點(diǎn)培養(yǎng)工科學(xué)生的3D打印產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)能力。
借鑒性。本書(shū)所采用的3D打印產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)方法,是作者五年來(lái)在高等工程教育人才培養(yǎng)模式改革實(shí)踐中,不斷反思、總結(jié)、提煉和優(yōu)化的教育新結(jié)果,多年的工程教育改革實(shí)踐表明:3D打印技術(shù)、三維數(shù)字化技術(shù)和開(kāi)源硬件技術(shù)的融合創(chuàng)新與創(chuàng)新應(yīng)用,不僅激發(fā)了工科學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)造熱情,而且大幅度提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力、數(shù)字化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)應(yīng)用能力、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)能力,并為制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需要,培養(yǎng)了一批產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)人才。
參與本書(shū)編寫(xiě)工作的主要有宜春學(xué)院陳鵬、桂林電子科技大學(xué)楊熊炎、南昌航空大學(xué)的熊博文、宜春幼兒師范高等專(zhuān)科學(xué)校的劉仕昌、山東凱文科技職業(yè)學(xué)院李冰、湖南工業(yè)大學(xué)余江鴻和江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院謝穎等高校教師。
本書(shū)寫(xiě)作過(guò)程中,得到了宜春學(xué)院的學(xué)生創(chuàng)客梅永亮、李云蘭、趙國(guó)建、王春喜、徐文超、劉文祥、吳楠、袁兆麟等的鼎力相助,梅永亮主持了彎管器的研發(fā)工作,李云蘭主持了教育機(jī)器人、扶手箱鉸接件的研發(fā)工作,趙國(guó)建、王春喜主持了創(chuàng)意筆筒的研發(fā)工作,吳楠、袁兆麟主持了組合筆筒的研發(fā)工作,劉文祥主持了微型硬幣快速清分機(jī)的研發(fā)工作。他們?cè)谧髡叩膭?chuàng)客教育培養(yǎng)理念下不斷成長(zhǎng),在3D打印產(chǎn)品研發(fā)中集體表現(xiàn)出的開(kāi)拓進(jìn)取精神與創(chuàng)新實(shí)踐能力,讓身為創(chuàng)客導(dǎo)師的作者倍感欣慰,在此一并表示衷心的感謝,感謝他們?cè)跒樾庐a(chǎn)品研發(fā)所付出的汗水與智慧,感謝他們讓作者的創(chuàng)客教育改革積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),更感謝他們讓作者更加堅(jiān)定了自己的創(chuàng)客教育理想。
在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中,參考了百度百科等網(wǎng)絡(luò)資源,同時(shí)還參考了美國(guó)MakerBot公司、北京太爾時(shí)代科技有限公司、陜西恒通智能機(jī)器有限公司、深圳維示泰克技術(shù)有限公司、磐紋科技(上海)有限公司、南京寶巖自動(dòng)化有限公司等企業(yè)3D打印成型設(shè)備的技術(shù)資料,在此一并表示衷心的謝意。
本書(shū)力求嚴(yán)禁細(xì)致,然而,限于作者的水平以及新產(chǎn)品研發(fā)工作的復(fù)雜性、艱巨性和長(zhǎng)期性,本書(shū)一定存在不少缺點(diǎn)和不足,期待能夠得到兄弟院校的同仁、企業(yè)和社會(huì)各界專(zhuān)家學(xué)者的批評(píng)指正。
陳鵬,江西余干人,宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院副教授,長(zhǎng)期從事產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、研發(fā)及教育教學(xué)工作。主持參與國(guó)家自然基金、江西省教育規(guī)劃項(xiàng)目、江西省社科規(guī)劃項(xiàng)目、江西省教學(xué)改革研究項(xiàng)目等各級(jí)項(xiàng)目10多項(xiàng)。
第1章 3D打印概述
1.1 3D打印技術(shù)與新工業(yè)革命
1.2 3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.3 3D打印技術(shù)的主要應(yīng)用
1.3.1 3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域
1.3.2 3D打印技術(shù)行業(yè)應(yīng)用
第2章 3D打印技術(shù)的原理及工藝
2.1 3D打印技術(shù)的基本原理
2.2 3D打印技術(shù)的基本工藝
2.3 3D打印的工藝過(guò)程
第3章 熔融沉積成型工藝
3.1熔融沉積成型的原理和特點(diǎn)
3.2熔融沉積成型的工藝過(guò)程
3.3熔融沉積成型的材料和設(shè)備
3.3熔融沉積成型設(shè)備
3.4熔融沉積成型設(shè)備使用
3.4.1 UP PLUS2 3D打印機(jī)
3.4.2 MakerBot Replicator Z18 3D打印機(jī)
第4章 光固化成型工藝
4.1 光固化成型的原理和特點(diǎn)
4.2 光固化成型的工藝過(guò)程
4.3 光固化成型的材料和設(shè)備
4.4光固化成型設(shè)備使用 82
4.4.1 渦輪葉片的三維CAD建模
4.4.2產(chǎn)品三維模型的數(shù)據(jù)處理
4.4.3 渦輪葉片的快速成型制作
4.4.4 MPS280激光快速成型機(jī)操作規(guī)程
第5章 激光選區(qū)燒結(jié)工藝
5.1激光選區(qū)燒結(jié)工藝的原理和特點(diǎn)
5.2激光選區(qū)燒結(jié)工藝的工藝過(guò)程
5.3激光選區(qū)燒結(jié)工藝的設(shè)備和材料
5.4激光選區(qū)燒結(jié)工藝設(shè)備使用
5.4.1 Lasercore5300快速成型系統(tǒng)的特點(diǎn)
5.4.2 Lasercore5300快速成型系統(tǒng)的使用
第6章 三維立體打印工藝
6.1三維立體打印工藝的原理和特點(diǎn)
6.2三維立體打印工藝的設(shè)備
第7章 激光選區(qū)熔化工藝
7.1 激光選區(qū)熔化的原理和特點(diǎn)
7.2 激光選區(qū)熔化工藝材料
7.3 激光選區(qū)熔化工藝設(shè)備
7.4激光選區(qū)熔化設(shè)備的工程應(yīng)用
7.4.1Dimetal-100 SLM成型設(shè)備的介紹
7.4.2 Dimetal-100 SLM成型設(shè)備的使用
第8章 3D打印創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)
8.1創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)
8.1.1 3D打印技術(shù)在創(chuàng)意設(shè)計(jì)中的價(jià)值
8.1.2 3D打印技術(shù)在產(chǎn)品創(chuàng)意中的應(yīng)用
8.2 3D打印創(chuàng)意香臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)
8.2.1 創(chuàng)意構(gòu)思
8.2.2造型設(shè)計(jì)
8.2.3 3D打印制作
8.3 3D打印創(chuàng)意高跟鞋的設(shè)計(jì)與研發(fā)
8.3.1 創(chuàng)意構(gòu)思
8.3.2造型設(shè)計(jì)
8.3.3 3D打印制作
8.3.4 模型修整
8.3.5 裝飾處理
8.4 3D打印創(chuàng)意組合筆筒的設(shè)計(jì)與研發(fā)
8.4.1 研發(fā)意義
8.4.2設(shè)計(jì)調(diào)研
8.4.3創(chuàng)意構(gòu)思
8.4.4 三維建模
8.4.5 3D打印制作
第9章 3D打印機(jī)電產(chǎn)品研發(fā)的項(xiàng)目實(shí)踐
9.1 開(kāi)源硬件
9.1.1開(kāi)源硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)
9.1.2開(kāi)源硬件分析比較
9.2 Arduino
9.2.1 主控板
9.2.2 Arduino軟件
9.2.3 Arduino應(yīng)用案例
9.3 3D打印微型硬幣清分機(jī)設(shè)計(jì)與研發(fā)
9.3.1 產(chǎn)品研發(fā)意義
9.3.2設(shè)計(jì)調(diào)研
9.3.3創(chuàng)意構(gòu)思
9.3.4機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)
9.3.5執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
9.3.6 三維建模
9.3.7控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9.3.8 3D打印制作及樣機(jī)測(cè)試
第10章 3D 打印教育機(jī)器人設(shè)計(jì)與研發(fā)
10.1 教育機(jī)器人
10.1.1 教育機(jī)器人概況
10.1.2 教育機(jī)器人產(chǎn)品
10.2 3D打印兩足教育機(jī)器人設(shè)計(jì)與研發(fā)
10.2.1 產(chǎn)品研發(fā)意義
10.2.2設(shè)計(jì)調(diào)研
10.2.3創(chuàng)意構(gòu)思
10.2.4設(shè)計(jì)方案
10.2.5 三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真
10.2.6控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
10.2.6產(chǎn)品的3D打印制作及樣機(jī)測(cè)試
10.3 3D打印四足教育機(jī)器人設(shè)計(jì)與研發(fā)
10.3.1 研發(fā)意義
10.3.2設(shè)計(jì)調(diào)研
10.2.3創(chuàng)意構(gòu)思
10.3.4設(shè)計(jì)方案
10.3.5 三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真
10.3.6 模型渲染
10.3.7 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
10.3.8打印制作及樣機(jī)測(cè)試
10.4 項(xiàng)目總結(jié)
第11章 3D打印技術(shù)的設(shè)計(jì)思維與工程應(yīng)用
11.1 3D打印的設(shè)計(jì)思維
11.2 扶手箱鉸接件逆向設(shè)計(jì)與制作
11.2.1工程問(wèn)題的提出
11.2.2 三維CAD建模
11.2.3 3D打印制作
11.2.4 安裝使用
11.3彎管器的設(shè)計(jì)與制作
11.3.1工程問(wèn)題的提出
11.3.2 設(shè)計(jì)構(gòu)思和三維建模
11.3.3 3D打印制作
11.3.4 產(chǎn)品裝配及應(yīng)用
第12章 基于3D打印技術(shù)的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)
12.1逆向工程技術(shù)
12.1.1 逆向工程技術(shù)概述
12.1.2 逆向工程技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域
12.1.3 逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)
12.1.4 逆向工程工程軟件
12.1.5 汽車(chē)逆向工程應(yīng)用
11.2 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造集成系統(tǒng)
11.2.1 RE/RP工藝流程
12.2.2 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及功能
12.2.3 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的構(gòu)建
12.3 摩托車(chē)車(chē)身快速開(kāi)發(fā)實(shí)例
12.3.1 摩托車(chē)車(chē)身快速開(kāi)發(fā)流程
12.3.2 摩托車(chē)車(chē)身快速開(kāi)發(fā)案例
參考文獻(xiàn)