材料作為3D打印行業(yè)發(fā)展的重要物質基礎,其發(fā)展情況將決定3D打印技術能否廣泛應用。高分子材料具有密度小、質量小、成形溫度低等優(yōu)點,因此成為了3D打印中應用規(guī)模、實際產(chǎn)量*,應用領域*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(SLS)為主線,聚焦于成形原理的論述和成形實驗的設計。在成形原理部分著重闡述不同工藝的成形特點,在實驗部分設計系列實驗,與成形原理部分呼應并形成有機整體,實現(xiàn)基礎原理與實際應用相結合。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)燒結的成形原理;第5~14章設計了10個實驗,可作為實踐教學的參考。
本書是交叉學科研究生高水平課程系列教材中的一本,全書數(shù)字化配套習題答案,可在線掃碼查看答案詳解。全書由華中科技大學材料成形與模具技術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國家重點實驗室的科研成果,概括總結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(SLS)為主線,聚焦于成形原理的論述和成形實驗的設計。在成形原理部分著重闡述不同工藝的成形特點,在實驗部分設計系列實驗,與成形原理部分呼應并形成有機整體,實現(xiàn)基礎原理與實際應用相結合。本書可為高等院?勺鳛閷嵺`教學的參考。
總序
2015年10月,國務院印發(fā)《統(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》;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和一流學科建設實施辦法(暫行)》。此后,堅持中國特色、世界一流,以立德樹人為根本,建設世界一流大學和一流學科成為大學發(fā)展的重要途徑。
當代科技的發(fā)展呈現(xiàn)出多學科相互交叉、相互滲透、高度綜合以及系統(tǒng)化、整體化的趨勢,構建多學科交叉的培養(yǎng)環(huán)境,培養(yǎng)復合創(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。華中科技大學交叉學科研究生高水平課程建設項目是華中科技大學雙一流建設項目拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃中的子項目,用于支持跨院(系)、跨一級學科的研究生高水平課程建設,這些課程作為選修課對學術型碩士生和博士生開放。與之配套,華中科技大學與華中科技大學出版社組織撰寫了本套交叉學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)秀教材使學生在學習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交叉學科研究生高水平課程建設的重要探索。不同學科交叉融合有不同特點,教學規(guī)律不盡相同,因此每本教材各有側重,如:《學習記憶與機器學習》旨在提高學生在課程教學中的實踐能力和自主創(chuàng)新能力;《代謝與疾病基礎研究實驗技術》旨在將基礎研究與臨床應用緊密結合,使研究生的培養(yǎng)模式更符合未來轉化醫(yī)學的模式;《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并形成有機整體,實現(xiàn)基礎原理和實際應用的具體結合,有助于提升教學質量。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,涉及基礎醫(yī)學院、機械科學與工程學院、環(huán)境科學與工程學院、化學與化工學院、藥學院、生命科學與技術學院、同濟醫(yī)院、人工智能與自動化學院、計算機科學與技術學院、光學與電子信息學院、船舶與海洋工程學院以及材料科學與工程學院12個單位的24個一級學科,華中科技大學出版社承擔了編校出版任務,在此一并向所有辛勤付出的老師、同學和編輯們表示感謝!衷心期望本套叢書能為提高我校交叉學科研究生的培養(yǎng)質量發(fā)揮重要作用,誠懇期待兄弟高校師生的關注和指正。
2019年3月于喻園
前言
材料作為3D打印行業(yè)發(fā)展的重要物質基礎,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打印技術未來能否實現(xiàn)廣泛應用的決定性因素。目前,材料種類少、性能低是制約3D打印技術發(fā)展的關鍵瓶頸之一。高分子材料具有密度小、質量小、成形溫度低等優(yōu)點,成為目前3D打印中應用規(guī)模、實際產(chǎn)量最大,應用領域最廣的材料體系。高分子材料3D打印技術正在蓬勃發(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)、全面的大中專教學用教材。為此,華中科技大學組織了一批在國內(nèi)長期從事高分子材料3D打印技術教學與研究的科研人員,綜合國內(nèi)外相關研究成果,在多年的教學經(jīng)驗和科研基礎上編寫了本教材。
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(SLS)為主線,聚焦于成形原理的論述和成形實驗的設計。在成形原理部分著重闡述不同工藝的成形特點,在實驗部分設計系列實驗,與成形原理部分呼應并形成有機整體,實現(xiàn)基礎原理和實際應用相結合,有利于達到由淺入深、學以致用的教學目的。
全書共分為14章。第1章為緒論,簡述了3D打印的概念、3D打印中應用的高分子材料,以及高分子材料3D打印技術的優(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、關鍵技術及成形性能等內(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)燒結實驗,可作為實踐教學的參考。
本書由華中科技大學閆春澤、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打印技術概述/1
1.2高分子材料3D打印技術/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)燒結高分子粉末材料成形原理/58
4.1激光選區(qū)燒結工藝的原理及特點/58
4.2高分子及其復合粉末材料的制備、組成及表征/66
4.3激光選區(qū)燒結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實驗目的與要求/107
5.3實驗用材料、工具及儀器設備/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實驗目的與要求/117
6.3實驗用材料、工具及儀器設備/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實驗目的/125
7.3實驗材料及設備/125
7.4實驗內(nèi)容及步驟/126
7.5實驗結果分析/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實驗目的與要求/135
8.3實驗材料、工具及儀器設備/135
8.4實驗內(nèi)容及步驟/136
8.5實驗結果分析/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實驗目的/142
9.2實驗要求/142
9.3實驗材料及主要測試設備/143
9.4增塑ABS線材的制備及性能測試/144
9.5實驗結果分析/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實驗目的/153
10.2實驗材料及儀器設備/153
10.3TPU制備及性能測試/154
10.4實驗結果與分析/155
10.5思考題/162
第11章激光選區(qū)燒結尼龍12(PA12)醫(yī)療輔具實驗/163
11.1實驗原理/163
11.2實驗目的/169
11.3實驗材料與設備/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)燒結成形鑄造砂型(芯)實驗/171
12.1實驗原理/171
12.2實驗目的/178
12.3實驗材料與設備/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實驗目的與要求/184
13.3實驗材料、成形及測試設備/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實驗目的與要求/192
14.3實驗儀器設備、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