增材制造技术系列丛书

出版社:莫健华、王从军、刘洁、 张李超 华中科技大学出版社 (2013-05出版)
ISBN:9787560986159

前言

前言增材制造技术最早在美国称为快速原型(rapid protoyping,RP)技术,在中国称为快速成形技术。美国3D Systems公司创始人查尔斯•胡尔(Charles W. Hull)被公认为最早奠定快速原型技术道路的先行者。在紫外光设备生产公司UVP担任副总裁的查尔斯•胡尔于1982年将光学技术应用于制造领域,经数次实验研究后,研发出了立体光刻(stereo lithography,SL)技术,这一技术后来成为一种RP的标准技术。1986年3月,查尔斯•胡尔将这项技术申请了专利,随后从UVP辞职,创办了3D Systems公司,开始致力于该技术的商业化。1988年,3D Systems公司推出了世界第一台立体光刻机(stereo lithography apparatus,SLA),标志着RP技术商业化的起步。1990年,3D Systems公司从UVP公司购买了立体光刻法(SL)专利,使SLA的产量随之增加。同一年,3D Systems公司登上了纳斯达克的布告牌,成为第一家上市的RP技术公司。21世纪是以知识经济和信息社会为特征的时代,制造业面临信息社会中瞬息万变的市场对小批量、多品种产品的严峻挑战。在制造业日趋国际化的状况下,缩短产品开发周期和减少开发新产品投资风险,对市场能快速反应并不断推出新产品以抢占市场,已成为企业赖以生存的关键。相对于传统制造方法来说,RP的概念是一种利用连续层的选区固化产生三维实体的新思想。这种从计算机模型产生三维物体的RP技术,涉及机械工程、自动控制、激光、计算机、材料等多个学科,是在现代设计和现代制造技术迅速发展的需求下应运而生的。由于应用RP技术能显著地缩短新产品开发时间、降低开发费用,并拥有能制造出用传统技术无法制造的、具有复杂结构的零件等优势,市场上出现了许多RP制造服务机构、设备制造商、材料供应商、专门的软件供应商、咨询机构和教育与科研机构。RP技术在世界范围内迅速发展,如今被冠以时髦的称呼——3D打印技术(3D Print)。自20世纪50年代以来,纽约一直是美国的制造业之都,有100多万人从事制造业。进入21世纪以后,由于许多制造业移出海外形成了空洞化,从事制造业的人数下降到8万人,这预示着纽约作为制造业中心的衰落。世界的制造业中心从纽约转移到美国西部,再从美国西部转移到日本、中国等国,这使美国产生了危机感。近两年美国政府将3D打印技术与机器人技术、人工智能技术等一起视为“让美国制造重现辉煌”的重要技术。2011年2月,《经济学人》的封面故事介绍了3D打印机,认为这种“不再依赖人工,没有组装流程,没有边角料”的3D打印技术,将重新定义工厂和制造业,掀起新一轮的工业革命,或称之为第三次工业革命。奥巴马上任以来对“复兴制造业”表现出相当的热心。2012年3月,这位总统就公开提议投资10亿美元建立“全美制造业创新网络”,以带动制造业创新和增长。该提议在8月成为现实,白宫表示将在俄亥俄州的杨斯敦建立一家制造业创新研究所,研究3D打印技术。美国国防部、能源部和商务部等五家政府部门将共同为此投资4500万美元,由当地的企业和社会机构募集4000万美元。奥巴马总统还拨款3000万美元,在俄亥俄州建立国家级3D打印添加剂工业研究中心。事实上,目前有一种基于打印技术的三维打印成形技术就称为3D打印技术。该技术是以点阵平面喷墨打印为基础,通过将流体材料分层叠加喷射打印的方式实现增材制造的。而光固化成形(SL)、激光选择性烧结成形(SLS)、激光选择性融化成形(SLM)、熔丝沉积成形(FDM)和薄材叠层成形(LOM)等技术是通过对轮廓和平面的扫描实现分层叠加成形的增材制造。3D Print采用的是点阵数据,SL、SLS、SLM、FDM和LOM等采用的是矢量数据,如果将它们统称为3D Print技术容易造成概念混乱,因此本书将所有的分层叠加成形技术统称为“增材制造技术”(additive manufacturing,简称AM)或简称“增材制造”。对于液态树脂光固化成形称为“液态树脂光固化增材制造”,或简称为SLAM。我国的华中科技大学、清华大学、西安交通大学、北京隆源公司和南京航空航天大学等单位,于20世纪90年代初率先开展增材制造及相关技术的研究、开发、推广和应用。到1999年,国内已有数十台引进的或国产的增材制造系统在企业、高校、研究机构和快速成形服务中心运行,先后成立了近十家旨在推广应用增材制造技术的“快速原型制造技术生产力促进中心”。目前,国内进行增材制造技术研究和应用的单位逐年增加,增材制造市场初步形成。在成形系统商品化、材料开发等方面有了长足的进步,同时推动了快速制模和快速制造技术的发展。华中科技大学自1991年在黄树槐教授的带领下开展快速成形技术研究以来,在国家自然科学基金委员会、国家科学技术部、湖北省政府及武汉市政府的支持下,投入了大量人力、物力,在快速成形机主机、计算机控制系统及数据处理和控制软件、成形材料、快速制模和快速制造等多个方面,取得了突破性创新成果,开发出可靠性高、性能好和成本低的HRP系列薄材叠层成形(LOM)快速成形系统、HRPS系列选择性激光烧结成形(SLS)快速成形系统、液态树脂光固化(SL)成形系统、金属板材的无模数控单点渐进成形系统,并配套开发出相应的成形材料和多种快速制模工艺。近年来,随着国内研究增材制造技术应用的单位逐年增加,许多企业开始认识到增材制造技术对企业发展的重要性,增材制造市场初步形成。随着我国市场经济不断完善和国际竞争的目趋激烈,企业开发新产品的愿望越来越迫切,渴望了解增材制造技术与快速制模技术的企业管理人员、技术人员及生产工人越来越多。为了适应发展的需要,许多大专院校、职业技术学校已向学生开设了增材制造技术的课程。笔者在华中科技大学也面向研究生和本科生开展了多年的增材制造与快速制模技术的教学工作,广大学生也迫切需要一套系统介绍增材制造、快速制模及其相关技术的系列丛书教材。本书为增材制造技术系列丛书中的《液态树脂光固化增材制造技术》,在撰写过程中引用了笔者主编的、由电子工业出版社出版的《快速成形及快速制模》中的部分内容,并根据多年来华中科技大学在快速成形技术方面的研究开发成果,汇集了国内外许多学者、公司的研究人员发表的文献资料写成了这本书。本书撰写过程中还得到了所在单位其他研究人员及研究生的支持,在此一并表示感谢。莫健华2012年10月于华中科技大学

内容概要

史玉升,国内最早从事工业3D打印技术研发的专家华中科技大学教授、博士生导师,材料科学与工程学院副院长,材料成形与模具技术国家重点实验室副主任,华中科技大学快速制造中心主任,中国特种加工学会常务理事、中国快速成形委员会副主任委员。长期从事快速制造、新型节水产品开发等方面的研究,主持国际合作、国家科技重大专项、国家863、国家支撑计划、国防等国家和省部级项目20多项;获国家发明二等奖和进步二等奖各1项,省部级科技进步一等奖2项、二等奖分别3项,获中国发明创业奖特等奖暨当代发明家称号,国际发明展览会金奖1项,湖北省优秀专利奖1项;获发明专利30项,当选“2011中国科学十大杰出创新人物”和“2012中国制造业10大创新人物”;指导的博士生获全国优秀博士论文提名奖1人,湖北省优秀博士论文4人;领导的研究团队入选湖北省自然科学基金创新群体和“双百计划”自主创新团队,负责研发的系列科研成果已产业化,有关成果被“两院”院士评选为2011年中国十大科技进展。魏青松,博士,华中科技大学副教授,博士生导师,博士学位论文获全国百篇优秀博士论文提名奖。主要从事增材制造技术的研究与教学工作;并努力致力于科研成果在节材节能制造、生物制造及航空航天制造领域的应用。主持和作为骨干承担了国家科技支撑计划、国家自然科学基金等10余项科研项目,发表科研论文40余篇(其中SCI和EI收录近30篇),获国家发明专利10项,获省部级科技进步奖2项。

书籍目录

第1章 综述(1)1.1增材制造技术的发展(1)1.2快速制模、快速制造技术的发展(5)1.3增材制造技术的应用(7)1.4增材制造技术的展望(9)第2章 创新设计方法(11)2.1正向工程(11)2.2逆向工程(14)2.3正向逆向混合设计(26)第3章 数据处理(29)3.1STL文件(29)3.2增材制造的数据处理流程(33)3.3增材制造系统软件介绍(41)第4章 液态树脂光固化成形(46)4.1光固化成形原理(46)4.2光敏性树脂的固化特性(50)4.3光固化成形系统及成形工艺(57)4.4光固化成形的精度(63)4.5应用实例(69)第5章 液态树脂光固化材料(75)5.1光敏树脂概述(75)5.2光固化反应原理(76)5.3增材制造用材料的发展趋势(88)第6章 液态树脂光固化增材制造操作概述(90)6.1液态树脂光固化成形系统组成(90)6.2操作界面(91)6.3增材制造步骤(101)6.4制件的修整与处理(104)第7章 快速制模技术(107)7.1软模技术(107)7.2过渡模技术(113)7.3硬模技术(120)参考文献(121)

编辑推荐

《增材制造技术系列丛书:液态树脂光固化增材制造技术》编辑推荐:增材制造属于一种非传统加工工艺,也称3D打印、增量制造、快速成形等,是近30年来全球先进制造领域兴起的一项集光/机/电、计算机、数控及新材料于一体的先进制造技术。与切削等材料“去除法”不同,增材制造技术通过将粉末、液体或片状、丝状等离散材料逐层堆积,“自然生长”成三维实体,因此被通俗地称为“3D打印”。增材制造技术将一个三维实体变为若干个二维平面,大大降低了制造的复杂程度。理论上,只要在计算机上设计出结构模型,就可以应用该技术在不需要刀具、模具及复杂工艺条件下,快速地将设计变为实物。这符合现代和未来制造业对产品个性化、定制化、特殊化需求日益增加的发展趋势。3D打印增材制造技术将传统的复杂制造系统缩小到一台制造装备中,是制造技术的革命性进步。它使制造活动更加简单,使得每个家庭、每个人都有可能成为创造的主人。这一发展方向给社会的生产和生活方式带来新的变革,同时对制造业的产品设计、制造工艺、制造装备及生产线、材料制备、相关工业标准、制造企业形态,乃至整个传统制造体系产生全面、深刻的变革。增材制造是提升制造业创新能力的重要途径,体现在以下几个方面:(1)拓展产品创意与创新空间,优化产品性能;(2)极大地降低产品研发创新成本,缩短创新研发周期;(3)能制造出传统工艺无法加工的零部件,极大地增强了工艺实现能力;(4)增材制造与传统工艺的结合,能极大地优化和提升工艺能力。增材制造将是增强创新能力的工具,实现绿色发展的重要途径。增材制造将变革传统制造模式,促进制造与服务的融合发展,体现在以下几个方面:(1)变革传统制造模式,形成个性化、高性能、复杂零部件的增材制造系统,全面变革产品研发、制造、服务模式;(2)支撑个性化定制等高级创新模式的实现,并催生专业化创新服务模式;(3)带动相关支撑产业发展,促进高端制造业发展。增材制造技术除了对工业和人们的生活等领域产生革命性的影响以外,还有一个重要的影响就是将其用于教学,开发学生的创造力。为此,我们以华中科技大学快速制造中心在增材制造技术领域20多年的科研和教学成果为基础,以其研制的各类增材制造装备为实验平台,编写此系列丛书,以便将增材制造技术推广到各级教学过程中,提高学生的创造能力。


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精彩短评 (总计1条)

  •     这一本写书认真,水平也高,是最好的一本。
 

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