北京化工大學(xué)楊衛(wèi)民《聚合物3D打印與3D復(fù)印技術(shù)》專著

《聚合物3D打印與3D復(fù)印技術(shù)》由楊衛(wèi)民（北京化工大學(xué)教授 ）、鑒冉冉編寫，本書創(chuàng)新提出聚合物3D復(fù)印技術(shù)的概念, 類比介紹了聚合物3D打印與3D復(fù)印兩種技術(shù), 并詳細(xì)闡述了聚合物3D復(fù)印技術(shù)的核心原理及工藝, 聚合物3D復(fù)印機(jī)的組成、基本參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 聚合物3D復(fù)印制品的精度控制方法、缺陷的產(chǎn)生機(jī)理及解決辦法, 此外還對(duì)聚合物3D復(fù)印技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了討論。

前言
3D打印技術(shù)最開始被叫做快速成型技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)?！?D打印”的概念被提出后，使得人們重新認(rèn)識(shí)快速成型技術(shù)。多學(xué)科交叉知識(shí)的普及，也使得快速成型技術(shù)得到飛速發(fā)展。借鑒這樣一個(gè)成功的范例，我們?cè)谀Ｋ艹尚偷幕A(chǔ)上提出了“3D復(fù)印”的概念。基于目標(biāo)產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)或三維掃描建模、模具結(jié)構(gòu)智能規(guī)劃三維打印、智能化注射模塑成型集成創(chuàng)新發(fā)展起來的“3D復(fù)印”技術(shù)可望成為現(xiàn)代制造業(yè)智能化發(fā)展的新趨勢(shì)，有著廣闊的應(yīng)用前景。

3D復(fù)印技術(shù)最早可追溯到青銅器時(shí)代，甚至比二維紙質(zhì)印刷出現(xiàn)得還要早。早在3000多年前，人類就開始使用模具制造青銅立人、四羊方尊、后母戊鼎等大型青銅作品。北宋時(shí)畢昇發(fā)明活字印刷術(shù)，雕版制作“泥活字”，先制成單字的陽文反文字模，然后按照稿件把單字挑選出來，排列在字盤內(nèi)，涂墨印刷，印完后再將字模拆出，留待下次排印時(shí)再次使用。進(jìn)入20世紀(jì)以來，隨著制造業(yè)和經(jīng)濟(jì)水平的飛速發(fā)展，模塑成型以其成型效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)成為制造業(yè)最重要的加工手段之一。

本書圍繞聚合物3D打印與3D復(fù)印智能制造技術(shù)的主題，通過對(duì)3D打印和3D復(fù)印的類比介紹，集成聚合物精密注射模塑成型和熔體微分3D打印技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究成果，結(jié)合智能制造的重大需求和背景知識(shí)，創(chuàng)新提出并初步探索3D打印/復(fù)印智能制造的核心原理和技術(shù)路線，探討了3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的科學(xué)技術(shù)問題和解決方案。全書共6章：第1章主要介紹3D打印與3D復(fù)印的概念、意義和核心原理等基礎(chǔ)知識(shí)；第2章主要介紹聚合物3D打印與3D復(fù)印工藝；第3章和第4章分別介紹幾種典型的聚合物3D打印機(jī)和3D復(fù)印機(jī)；第5章對(duì)聚合物3D復(fù)印用材料及其制品缺陷產(chǎn)生機(jī)理和解決辦法進(jìn)行了闡述；第6章對(duì)聚合物3D復(fù)印技術(shù)的未來進(jìn)行了展望和暢想，重點(diǎn)介紹了幾種切實(shí)可行的發(fā)展方向。

本書內(nèi)容參閱了國(guó)內(nèi)外公開發(fā)表的研究論文和技術(shù)資料，其中也包括筆者和同事們近年來在該研究領(lǐng)域所取得的一些研究成果，目的是幫助廣大讀者比較系統(tǒng)全面地了解該領(lǐng)域的理論發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步，并且以復(fù)印的觀念重新認(rèn)識(shí)模塑成型技術(shù)，希望能夠推動(dòng)聚合物模塑成型技術(shù)的快速發(fā)展。對(duì)本書原創(chuàng)成果有重要貢獻(xiàn)的團(tuán)隊(duì)老師有楊衛(wèi)民、關(guān)昌峰、張有忱、謝鵬程、焦志偉、丁玉梅、閻華、何雪濤、安瑛、譚晶等，直接以本書內(nèi)容為研究課題的博士研究生有鑒冉冉、遲百宏、王建、張攀攀等，碩士研究生有解利楊、劉豐豐、劉曉軍、嚴(yán)志云、杜彬、李月林等。此外參與本書整理工作的學(xué)生還有胡力、張玉麗等。

筆者在本書著述過程中反復(fù)斟酌，數(shù)易其稿，系統(tǒng)深入地介紹聚合物3D打印與3D復(fù)印創(chuàng)新知識(shí)，特別注意了兼顧學(xué)術(shù)參考和工業(yè)應(yīng)用兩方面的需要，但是因水平所限，書中不足之處在所難免，還請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

楊衛(wèi)民，北京化工大學(xué)，長(zhǎng)江學(xué)者，教授，博導(dǎo)，長(zhǎng)期從事高分子材料加工成型與優(yōu)選制造方面的研究，發(fā)明了高分子材料PVT特性在線測(cè)試方法及裝置、塑料精密注射成型裝備、高分子材料單元轉(zhuǎn)子擾流強(qiáng)化傳熱技術(shù)及裝置等；開辟了高分子制品微納制造的新途徑，創(chuàng)造性的提出聚合物加工領(lǐng)域的微積分思想，并據(jù)此發(fā)明了一系列微納制造新方法和新設(shè)備并成功應(yīng)用，如熔體微分注射成型、熔體微分靜電紡絲、熔體微積分納米疊層、熔體微積分3D打印等。申請(qǐng)發(fā)明300余項(xiàng)(已授權(quán)193項(xiàng))，美國(guó)2項(xiàng)，PCT靠前6項(xiàng)，發(fā)表論文260余篇，被EI收錄60余篇，SCI收錄40余篇，著作9本。


目錄
章緒論/1
1.13D打印概論/2
1.1.13D打印的工作原理/3
1.1.23D打印發(fā)展歷程/4
1.1.33D打印在聚合物加工成型中的應(yīng)用/6
1.23D復(fù)印概論/6
1.2.13D復(fù)印的工作原理/7
1.2.23D復(fù)印的意義/11
1.33D打印與3D復(fù)印的區(qū)別/12
參考文獻(xiàn)/14
第2章聚合物3D打印與3D復(fù)印工藝/15
2.1數(shù)據(jù)采集/16
2.2數(shù)據(jù)處理/18
2.2.1三維建模軟件/18
2.2.2數(shù)值分析軟件/22
2.2.3點(diǎn)云處理軟件/26
2.2.43D打印切片軟件/29
2.3原料制備與塑化/29
2.4模具設(shè)計(jì)與制造/33
2.5“樣本復(fù)制”——打印和復(fù)印/46
2.5.1聚合物3D打印工藝——FDM/46
2.5.2聚合物3D復(fù)印工藝——注射成型/49
參考文獻(xiàn)/69
第3章聚合物3D打印機(jī)/72
3.1聚合物3D打印常用技術(shù)/73
3.2聚合物直接熔融3D打印設(shè)備/82
3.2.1自由成型機(jī)/83
3.2.2熔體微分3D打印機(jī)/83
3.2.3熔體微分3D打印理論分析/86
3.2.4熔體微分3D打印裝置的設(shè)計(jì)/107
3.2.5工業(yè)級(jí)熔體微分3D打印機(jī)/113
參考文獻(xiàn)/116
第4章聚合物3D復(fù)印機(jī)/119
4.1概述/120
4.23D復(fù)印機(jī)的組成及分類/121
4.2.13D復(fù)印機(jī)的組成/121
4.2.23D復(fù)印機(jī)的分類/125
4.33D復(fù)印機(jī)的工作原理/130
4.3.1塑化/131
4.3.2充模與成型/137
4.43D復(fù)印機(jī)的基本參數(shù)/139
4.4.1注射裝置主要參數(shù)/139
4.4.2合模裝置主要參數(shù)/141
4.53D復(fù)印機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/142
4.5.1注射裝置/142
4.5.2合模裝置/151
4.5.3驅(qū)動(dòng)與安全裝置/158
4.63D復(fù)印機(jī)過程控制/160
4.6.1制品精度控制核心原理/160
4.6.2制品精度過程控制方法/161
4.7精密3D復(fù)印機(jī)/165
參考文獻(xiàn)/173
第5章聚合物3D復(fù)印用材料及缺陷分析/175
5.13D復(fù)印材料/176
5.1.13D復(fù)印材料分類/176
5.1.2材料的熔體特點(diǎn)/183
5.1.3材料的加工特性/191
5.1.4材料的微觀特性/206
5.2模具型腔可視化/211
5.33D復(fù)印缺陷產(chǎn)生機(jī)理及解決辦法/216
5.3.1制品的常見缺陷/216
5.3.2典型缺陷產(chǎn)生機(jī)理/217
5.3.33D復(fù)印制品缺陷產(chǎn)生原因及解決方案/221
參考文獻(xiàn)/244
第6章聚合物3D復(fù)印技術(shù)的未來/246
6.1模具智能制造/247
6.1.13D打印模具/247
6.1.2自適應(yīng)模具/256
6.23D印制技術(shù)/258
6.3智能物聯(lián)時(shí)代/261
參考文獻(xiàn)/2
索引/266