杨永强教授等编著的《金属3D打印技术》一书出版

3D打印快讯
2020
09/21
17:29
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2020年9月21日,南极熊获悉,由杨永强、王迪、宋长辉编著的书籍《金属3D打印技术》已经出版,对于想全面、深入了解金属3D打印读者,是一本不错的专业书籍。目前已经上市销售,售价:98元(促销价:68.6元),可以在华中科技大学出版社天猫旗舰店上购买。
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本书详细介绍了当下主流金属3D打印技术的原理及成形特点,重点对激光选区熔化技术、激光熔覆成形技术、电子束选区熔化技术、电子束熔丝沉积成形技术、喷墨黏结成形技术、增减材复合金属3D打印技术、等离子体金属3D打印技术、电弧3D打印技术、金属微滴喷射成形技术等进行了系统论述;从设计约束、自由设计两个方面出发分析了金属3D打印的创新设计方法;从尺寸精度、表面粗糙度、成形零件致密度、力学性能、无损检测与过程监控等几个方面介绍了金属3D打印质量评价体系与在线过程监控系统;从后处理工艺、后处理流程两个方面出发分析了金属3D打印的后处理对改善零件质量的作用;最后结合制造业、医学应用实例介绍了金属3D打印的前沿应用与发展趋势。

本书可帮助制造业企业的管理人员和技术人员、高校工科专业的师生了解金属3D打印技术的原理、工艺装备、技术特点及现状和前沿发展,建立对金3D打印技术的基本认识,利用金属3D打印的优势突破传统加工瓶颈。本书对我国制造业推广和应用金属3D打印技术、提升先进制造能力有着一定的指导意义。

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此外,这本书还是国家出版基金资助项目,“十三五"国家重点图书出版规划项目,智能制造与机器人理论及技术研究丛书。

本书由华中科技大学教授、中国科学院院士熊有伦作总序。

总序

近年来,“智能制造+共融机器人”特别引人瞩目,呈现出“万物感知.万物互取.万物智能”的时代特征。智能制造与共融机器人产业将成为优先发展的战略性新兴产业,也是中国制造2049创新驱动发展的巨人引擎。值得注意的是,智能汽车与无人机、水下机器人等一起所形成的规模宏大的共融机器人产业,将是今后年30年各国争夺的战略高地,并将对世界经济发展、社会进步、战争形态产生重大影响。与之相关的制造科学和机器人学属于综合性学科,是联系和涵盖质科学、信息科学、生命科学的大科学。与其他工程科学、技术科学一样,它也是将认识世界和改造世界融合为一体的大科学。20世纪中叶,Cyber-netics与Engineering Cybernetics等专著的发表开创了工程科学的新纪元,21世纪以来,制造科学、机器人学和人工智能等领域异常活跃,影垧深远,是“智能制造+共机器人”原始创新的源泉。

华中科技大学出版社紧跟时代潮流,瞄准智能造和机器人的科技前沿,组织策划了本套“智能制造与机器人理论及技不研究丛书”。丛书涉及的内容十分广泛。热烈欢迎各位专家从不同的视野、不同的角度飞不同的领域著书立说。选题要点包括但不限于:智能制造的各个环节,如研究、开发、设计、加工、成形和装配等;智能制造的各个学科域,如智能控制、智能感知、智能装备、智能系统、智能物流和智能自动化等;各类机器人,如工业机器人,服务机器人、极端机器人、海陆空机器人、仿生/类生/拟人器人、软体机器人和微纳机器人等的发展和应用;与机器人学有关的机构学与力学、机动性与操作性、运动规划与运动控制、智能驾驶与智能网联、人机交互与人机其等;人工智能、认知科学、大数飞、云制造、物联网和互联网等。

本套丛书将成为有关领域专家、学者学术交流与合作的平台,青年科学家茁壮成长的园地,科学家展示研成果的国际舞台。华中科技大字出版社将与施普林格(Springer)出版集团等国际学术出版机构一起,针对本套从书进行全球联合出版发行,同时该社也与有关国际学术会议、国际学术期刊建立了密切联系,为提升本套丛书的学术水平和实用价值、扩大丛书国际影响营造了良好的学术生态环境。

近年来,高校师生、各域专家和科技工作者等各界人士对智能制造和机器人的热情与日俱增。这耷丛书将成为有关领域专家学者、高师生与工程技术人员之间的纽带,增强作者与读者之间的联系,加快发现知识、传授知识、增长知识和更新知识的进程,为经济建设、社会进步、科技发展做出贡献。

最后,衷心感谢为本套丛书做出贡献的作者和读者,感谢他们为创新驱动发展添正能量、聚集正能量、发挥正能量。感谢华中科技大学出版社相关人员在组织,策划过程中的辛勤劳动。

华中科技大学教授
中国科学院院士
熊有伦
2017年9月



前言

近年来,由于航空航天、汽车电子、工业模具和生物医疗等领域的应用需求,金属3D打印技术得到了广泛重视和大量研究。3D打印技术最大的优势是直接获得功能零件,成形制件只需要经过简单的表面处理(喷砂、喷丸等)便可以直接用于实际生产中,被称为当今制造业的一场革命技术。

本书依托国家自然科学基金项目“面向免组装机构的数字化设计与激光快速制造基础研究”、广东省重大科技专项“广东省增材制造(3D打印)产业技术路线图”、广东省科技计划项目“多种材料激光选区熔化增材制造装备研发及其产业化”撰写而成,闸述了先进制造技术中金属3D打印技术的特点及其未来发展应用前景,通过实例分析了面向金属3D打印的创新设计方法、核心工艺及后处理过程,提出了金属3D打印技术在工业、医学中的设计应用准则。

本书对金属3D打印技术原理方法、装备、材料、设计及应用等进行了全面系统的论述。全书具体内容如下。

第1章:绪论。主要介绍了3D打印技术的发展历史和金属3D打印技本目前的发展现状,特别是对金属3D打印技术的边界和类别做了系统论述。
第2章:激光金属3D打印技术。主要介绍了激光选区熔化技术和激光熔覆成形技术,包括成形原理、装备、材料、工艺、成形组织性能以及典型应用。

第3章:电了束金属3D打印技术。主要对两种利用电了束进行3D打印的技术一一电子束选区熔化技术和电子束熔丝沉积成形技术做了详细介绍。


第4章:间接金属3D打印技术。主要介绍了喷墨黏结成形技术和FDM金属3D打印技术,包括成形原理、装备、工艺、材料、组织性能和这两种技术的应用与发展。


第5章:增减材复合金属3D打印技术。主要介绍了增减材复合金属3D打印技术原理,尤其是铺粉式增减材复合制造和送粉式增减材复合制造技术的实现方式,国内外商业化的金属增减材复合制造装备,以及增减材复合金属3D打印技术面临的挑战与发展趋势。


第6章:其他金3D打印技术。主要介绍了等离子体金属3D打印、基于CMT的电弧3D打印、基于TIG/MIG们电弧3D打印,以及金属微滴喷射成形的基本原理、装备、材料、工艺和应用。


第7章:金属3D打印自由设计。分设计约束、自由设计两个部分论述了面向金属3D打印技术的创新没计原理与方法,并给出了具体设计案例。


第8章:金属3D打印质量评价和过程监控。主要介绍了制件力学性能、残余应力、表而粗糙度、尺寸精度、硬度和致密度方面的金属3D打印质量评价体系以及3D打印过程的在线监测,包括过程监控与无损检测技术在3D打印中的应用。


第9章:金属3D打印成形制件后处理。主要介绍了金属3D打印技术所涉及的后处理技术,包括热等静压、真空淬火/回火、真空退火/正火、真空渗碳/渗氮、喷砂、电解抛光以及气相沉积技术。


第10章:金属3D打印在医学领域中的应用。主要介绍了金属3D打印技术在航空航天、工业模具、珠宝首饰、船舶海工、汽车等行业中的应用。


第11章:金属3D打印在医学域中的用。主要介绍了各类医疗器械,包括一类医疗器械外科手术刀,二类医疗器械个性化手术导板、个性化舌侧托槽,三类医疔器械个性化全关节假体、个性化多孔下颌骨假体的金属3D打印。


第12章:金属3D打印技术的发展前沿与趋势。主要介经了多材料金属3D打印、纳米颗粒喷射成形、纳米金属3D打印技术,在线监测与闭环控制、4D打印技术。

华南理工大学于2002年开始开展金属3D打印技术的研究开发工作,是中国最早开展此项技术研究的单位之一。截至目前,已研发激光选区熔化成形设备DiMetal-280、DiMetal-100和DiMetal-50等,并实现产业化。同时在金属3D打印装备关键技术,系统软件,不同材料(不锈钢、钛合金、钴铬合金、铝合金、铜合金等)成形工艺及控制等方面进行了深入的研宄。获发明专利授49项,实用新型专利授权120余项,自主研发了2套扫路径规划软件,获得2016年度广东省、广州市科技进步奖二等奖各1项,获得2013年新加坡国际3D打印设计大赛特等奖。

本书由华南理工大学杨永强教授带领华南工大学增材造(3D打印)实验室团队成员撰写。为了顶利完成本书,作者在梳理团队过去研究工作的础上,参阅了大量国内外的相关资料,因此书中既有最新的研究成果,又有大量的应用实例,由于本书内容广泛,作者的学术水平和知识面有限,加之作者对该技术的认识尚处在不断深化的过程中,对一些问题的理解还不够深入。书中若有疏漏与不妥之处,敬请同行专家和读者批评指正。

作者
2020年3月



目 录:

第1章绪论/1

1.13D打印技术历史与发展/1

1.2金属3D打印技术现状与发展/4

第2章激光金属3D打印技术 /8

2.1激光选区熔化成形技术/8

2.1.1成形原理与装备/8

2.1.2成形材料与工艺/12

2.1.3成形组织性能/18

2.1.4应用与发展/20

2.2激光熔覆成形技术/23

2.2.1成形原理与装备/23

2.2.2成形材料与工艺/26

2.2.3成形组织性能/28

2.2.4应用与发展/31

第3章电子束金属3D打印技术 /34

3.1电子束选区熔化技术/34

3.1.1成形原理与装备/34

3.1.2成形材料与工艺/37

3.1.3成形组织性能/39

3.1.4应用与发展/46

3.2电子束熔丝沉积成形技术/50

3.2.1成形原理与装备/50

3.2.2成形材料与工艺/53

3.2.3成形组织性能/54

3.2.4应用与发展/56

第4章间接金属3D打印技术 /57

4.1喷墨黏结成形技术/57

4.1.1成形原理与装备/57

4.1.2成形工艺与材料/59

4.1.3成形组织性能/64

4.1.4应用与发展/65

4.2FDM金属3D打印技术/66

4.2.1成形原理与装备/66

4.2.2成形材料与组织/68

4.2.3应用/69

金属3D打印技术目录第5章增减材复合金属3D打印技术 /70

5.1铺粉式增减材复合制造/71

5.1.1铺粉式增减材复合制造原理/71

5.2.2铺粉式增减材复合制造装备/71

5.2送粉式增减材复合制造/72

5.2.1送粉式增减材复合制造/72

5.2.2送粉式增减材复合制造商业装备/73

5.3增减材复合制造技术发展/75

5.3.1增减材复合制造面临的问题/75

5.3.2增减材复合制造发展方向/76

第6章其他金属3D打印技术 /79

6.1等离子体金属3D打印技术/79

6.1.1成形原理/79

6.1.2成形工艺/80

6.1.3成形组织性能/81

6.1.4应用与发展/82

6.2基于CMT的电弧3D打印技术/83

6.2.1成形装备技术/83

6.2.2成形工艺/86

6.2.3成形组织性能/86

6.2.4应用与发展/86

6.3基于TIG/MIG的电弧3D打印技术/87

6.3.1成形装备技术/87

6.3.2成形材料/90

6.3.3成形组织性能/91

6.3.4应用与发展/92

6.4金属微滴喷射成形技术/92

第7章金属3D打印自由设计 /95

7.1设计约束/95

7.1.1成形原理约束/95

7.1.2其他影响因素/99

7.2自由设计/101

7.2.1自由设计方法的提出/101

7.2.2自由设计的内容/102

7.2.3自由设计流程/103

7.2.4自由设计方法下的价值工程与功能分析/105

7.3金属3D打印设计案例/107

7.3.1复杂内腔零件的数字化设计与3D打印/108

7.3.2复杂内腔零件的模具设计与制造/112

7.3.3免组装机构的数字化设计与直接制造/115

7.3.4个性化托槽的设计/118

7.3.5基于SLM的天线支架优化设计/123

7.3.6SLM的成形腔密封闭锁装置优化设计/128

第8章金属3D打印质量评价和过程监控 /136

8.1概述/136

8.2金属3D打印质量评价/136

8.2.1力学性能/137

8.2.2残余应力/139

8.2.3表面粗糙度/139

8.2.4尺寸精度/141

8.2.5硬度/142

8.2.6致密度/143

8.3金属3D打印过程监控/144

8.3.1材料输送系统过程监控/145

8.3.2加工头系统过程监控/146

8.3.3成形环境过程监控/146

8.3.4熔池的过程监控/147

8.3.5过程监控实例/148

8.4质量评价与过程监控中的检测技术/150

8.4.13D打印的检测需求/150

8.4.2无损检测技术/151

第9章金属3D打印成形制件后处理 /154

9.1概述/154

9.2后处理方式/155

9.2.1热等静压致密化处理/155

9.2.2真空淬火与回火处理/157

9.2.3真空退火与正火处理/157

9.2.4真空渗碳与渗氮处理/158

9.2.5喷砂处理/159

9.2.6电解抛光处理/161

9.2.7物理与化学气相沉积/163

第10章金属3D打印在制造业中的应用 /166

10.1在航空航天领域中的应用/166

10.2在工业模具行业中的应用/169

10.3在珠宝首饰行业中的应用/171

10.4在船舶海工行业中的应用/172

10.5在汽车行业中的应用/174

第11章金属3D打印在医学领域中的应用 /177

11.13D打印一类医疗器械/177

11.23D打印二类医疗器械/178

11.2.1个性化手术导板/178

11.2.2牙科植入物/180

11.33D打印三类医疗器械/183

11.3.1个性化全膝关节假体/183

11.3.2个性化多孔下颌骨假体/186

第12章金属3D打印技术的发展前沿与趋势 /189

12.1多材料金属3D打印/189

12.2纳米颗粒喷射成形/190

12.3微纳金属3D打印技术/193

12.3.1电喷印/193

12.3.2微激光烧结/195

12.3.3电化学沉积/196

12.4在线监测与闭环控制/197

12.4.1检测技术分类及概念/197

12.4.2在线检测技术架构及信源/198

12.4.3在线监测与反馈控制策略/202

12.54D打印技术/205

参考文献/207


作者介绍:

杨永强,华南理工大学机械与汽车工程学院教授。现任广东省机械工程学会焊接分会理事长,广东省激光行业协会监事长,中国3D打印产业技术联盟副理事长,广东省现代焊接技术重点实验室主任,中国机械工程学会焊接学会理事,中国光学学会激光加工专委会常委,广东省光学学会激光加工专委会副主任等。主要研究研究领域包括3D 打印技术与装备,包括金属零件激光选区熔化快速成型装备,FDM装备等。历年来承担和参加国家、国际合作、省市级科研项目40多项。其中25项为项目负责人。发表有关学术论文180余篇。申请专利57项,其中获得发明专利13项,实用新型专利28项,软件版权1项,外观专利1项;申请中的发明专利14项,其中包括美国、德国专利各一项,申请中的实用新型专利项。




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