本书聚焦聚合物材料的增材制造技术(俗称3D打印), 结合笔者多年研究成果与国内外技术发展现状, 以ASTM F2972对增材制造技术的分类为依据, 从原理、材料、工艺、设备、制品性能及应用等方面介绍了7种主流的增材制造技术, 主要包括: 熔融沉积成形技术、光固化成形技术、粉末床熔融成形技术、材料喷射成形技术、黏合剂喷射成形技术、定向能量沉积技术和层积成形技术。
本书汇集大量前沿科技进展及应用示例, 理论性和实用性兼顾, 较全面地反映了聚合物增材制造技术的内容和应用, 可供聚合物加工的工程技术人员、研发人员和相关专业师生阅读、参考。
本书以美国材料与试验协会（ASTM）的标准ASTM F2972对增材制造技术的七种分类为依据，聚焦聚合物材料的增材制造技术，结合作者的研究情况与国内外技术发展现状，介绍了基于聚合物熔融沉积、光固化和粉末烧结等7种增材制造方法的原理、材料、设备、优缺点以及国内外研究现状。本书特点是：1）聚焦聚合物材料的3D打印技术；2）立足于技术本身，介绍了近年来国内外3D打印技术的研究进展；3）引入大量实际案例，实用性较强。
21 世纪是全球经济蓬勃发展的时代，是世界科学力量角逐的时代。随着经济水平的不断提高和科学技术的迅猛发展，人们对物质文化生活的要求也越来越高。如何提升产品更新换代的速度以适应人们越来越高的要求，成为每一个产品设计者、制造者首要考虑的问题。当前备受关注的增材制造技术能很好地解决产品设计成本高、更新换代周期长的问题。
增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗称3D 打印，是依据三维模型数据将材料制作成物体的过程，可以直接将计算机辅助设计数字模型快速而精密地制造成三维实体零件，实现真正的自由制造。增材制造技术涉及机械设计、机械电子工程、计算机辅助设计与制造技术、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学和激光技术等，是一门综合型和交叉型的前沿制造技术。目前增材制造技术在航空航天、汽车、机械、生物医疗、艺术设计等领域已经获得一定规模的应用，其应用的深度和广度仍存在较大的发展空间。从技术创新角度，增材制造技术已成为且仍将是制造业的研究热点，许多国家都对其展开了大量深入的研究。
本书以美国材料与试验协会（ASTM）的标准ASTM F2972 对增材制造技术的分类为依据，介绍了七种增材制造技术的原理、材料、设备、工艺以及应用等，并加入了大量的最新研究进展。本书聚焦聚合物材料的增材制造技术，同时考虑到部分工艺在金属、陶瓷等材料上也有广泛应用，对所涉及内容也作了相关介绍，全书共8章：第1 章简要介绍增材制造技术的基础知识，包括增材制造技术的定义、优缺点、分类以及标准等；第2～8 章从成形原理、成形材料、成形工艺、制品性能及应用等方面分别对熔融沉积成形技术、光固化成形技术、粉末床熔融成形技术、材料喷射成形技术、黏合剂喷射成形技术、定向能量沉积技术、层积成形技术进行介绍。
由于增材制造技术涉及的学科和知识面非常广泛，而笔者的知识和经验有限，书中出现的疏漏恳请读者批评指正，多提宝贵意见，使之不断完善，笔者在此表示感谢。同时对参与此书编著的研究生马昊鹏、廖超群、邓暄、向声、刘由之、李荣军、杨勇、苗剑飞、程月等表示感谢。
编 者
第1 章 增材制造基础知识/ 1
1.1 增材制造的定义 / 2
1.2 3D 打印的优缺点 / 3
1.3 3D 打印的分类 / 4
1.4 3D 打印的标准 / 7
参考文献 / 11
第2 章 熔融沉积成形技术 / 12
2.1 熔融沉积成形技术的原理、设备和材料 / 13
2.1.1 熔融沉积成形原理 / 13
2.1.2 熔融沉积成形设备 / 13
2.1.3 熔融沉积成形材料 / 15
2.2 熔融沉积成形制品质量的影响因素 / 15
2.2.1 传动结构对制品质量的影响 / 15
2.2.2 材料种类对制品质量的影响 / 18
2.2.3 工艺参数对制品质量的影响 / 19
2.3 熔融沉积成形技术的优缺点 / 23
2.4 基于熔融沉积成形原理的创新工艺 / 24
2.4.1 熔体微分3D 打印工艺 / 24
2.4.2 多色3D 打印工艺 / 30
2.4.3 多材料3D 打印工艺 / 33
2.4.4 金属3D 打印工艺 / 35
2.4.5 建筑材料3D 打印工艺 / 36
2.4.6 陶瓷3D 打印工艺 / 39
2.4.7 玻璃3D 打印工艺 / 40
2.4.8 食品3D 打印工艺 / 41
2.4.9 生物3D 打印工艺 / 43
2.4.10 4D 打印 / 44
参考文献 / 46
第3 章 光固化成形技术 / 49
3.1 光固化成形原理 / 50
3.1.1 立体光刻技术 / 51
3.1.2 数字光投影技术 / 51
3.1.3 立体光刻技术和数字光投影技术的对比 / 52
3.2 光敏树脂 / 56
3.2.1 光敏树脂性能要求 / 56
3.2.2 影响光敏树脂性能的因素 / 57
3.2.3 常见光敏树脂 / 58
3.3 光聚合反应 / 59
3.3.1 自由基聚合 / 59
3.3.2 阳离子聚合 / 61
3.4 光固化成形工艺 / 61
3.4.1 立体光刻技术 / 61
3.4.2 数字光投影技术 / 65
3.4.3 连续液体界面提取技术 / 67
3.4.4 液晶固化成像成形技术 / 68
3.4.5 容积成形技术 / 69
3.5 常见设备及其性能 / 70
3.6 光固化成形的技术进展 / 72
3.6.1 光敏树脂研发进展 / 72
3.6.2 光固化陶瓷新材料研发进展 / 73
参考文献 / 74
第4 章 粉末床熔融成形技术 / 76
4.1 粉末床熔融成形原理、特点和设备 / 77
4.1.1 选择性激光烧结技术 / 77
4.1.2 选择性激光熔融技术 / 85
4.1.3 电子束熔融技术 / 90
4.2 粉末床熔融成形适用材料 / 95
4.2.1 高分子基粉末 / 95
4.2.2 陶瓷基粉末 / 99
4.2.3 金属基粉末 / 100
4.3 粉末床熔融成形的影响因素 / 106
4.3.1 工艺参数 / 107
4.3.2 粉末特性 / 114
参考文献 / 116
第5 章 材料喷射成形技术 / 124
5.1 材料喷射成形技术的基本原理 / 125
5.2 液滴的形成机理与分类 / 125
5.3 材料喷射成形材料 / 129
5.3.1 聚合物 / 129
5.3.2 金属 / 150
5.3.3 陶瓷 / 153
5.3.4 水凝胶 / 154
5.3.5 生物材料 / 155
5.4 材料喷射成形技术的优缺点 / 158
5.5 材料喷射成形设备 / 158
5.5.1 聚合物喷射成形设备 / 158
5.5.2 金属喷射成形设备 / 161
5.5.3 陶瓷喷射成形设备 / 162
参考文献 / 163
第6 章 黏合剂喷射成形技术 / 166
6.1 黏合剂喷射成形技术的基本原理 / 167
6.2 黏合剂喷射成形技术的优缺点 / 170
6.3 黏合剂喷射成形技术的适用材料 / 173
6.3.1 黏合剂 / 173
6.3.2 打印材料 / 174
6.4 黏合剂喷射成形设备 / 175
6.4.1 铺粉系统 / 176
6.4.2 喷射系统 / 177
6.4.3 三维运动系统 / 178
6.5 黏合剂喷射工艺控制系统 / 178
6.5.1 单色切片 / 178
6.5.2 彩色切片 / 179
6.6 黏合剂喷射成形的技术进展 / 180
6.6.1 成形过程研究进展 / 180
6.6.2 砂型打印技术进展 / 181
6.6.3 后处理工艺研究现状 / 184
参考文献 / 186
第7 章 定向能量沉积技术 / 189
7.1 定向能量沉积技术的基本原理 / 190
7.2 定向能量沉积技术的适用材料与设备 / 191
7.3 定向能量沉积技术的优缺点 / 193
7.4 定向能量沉积技术的应用领域 / 194
7.4.1 石油行业 / 194
7.4.2 军事领域 / 195
参考文献 / 195
第8 章 层积成形技术 / 197
8.1 分层实体制造技术 / 198
8.1.1 分层实体制造技术原理及过程 / 198
8.1.2 分层实体制造技术优缺点 / 200
8.2 超声增材制造技术 / 200
8.3 层积成形技术的适用材料 / 203
8.3.1 分层实体制造技术的成形材料 / 203
8.3.2 超声增材制造技术的成形材料 / 203
参考文献 / 206
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