聊聊 - 3D打印技術

Wednesday

2019.03.06

“中國制造2025”提出通過三個十年的“三步走”戰略，使中國制造綜合實力進入世界強國前列。近三十年來，3D打印（增材制造）技術是歐美日等高端工業産品開發、試制、定型的重要支撐技術，也是中國制造業創新、重點行業轉型升級的重大共性需求技術。

新的增材原理、新材料的研發、設備創新、标準建設、工程應用，必然引起各國“産學研投”界的高度關注。

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3D打印是一種采用數字驅動方式将材料逐層堆積成形的先進制造技術。它将傳統的多維制造降為二維制造，突破了傳統制造方法的約束和限制，能将不同材料自由制造成空心結構、多孔結構、網格結構及功能梯度結構等，從根本上改變了設計思路，即将面向工藝制造的傳統設計變為面向性能最優的設計。

3D打印突破了傳統制造技術對零部件材料、形狀、尺度、功能等的制約，幾乎可制造任意複雜的結構，可覆蓋全彩色、異質、功能梯度材料，可跨越宏觀、介觀、微觀、原子等多尺度，可整體成形甚至取消裝配。

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3D打印是一項集機械、計算機、數控、材料等多學科于一體的，新的數字化先進制造技術，應用該技術可以成形任意複雜結構。

其制造材料涵蓋了金屬、非金屬、陶瓷、複合材料和超材料等，并正在從3D打印向4D、5D打印方向發展，尺度上已實現8 m構件制造并向微納制造發展，制造地點也由地表制造向星際、太空制造發展。

這些進展促進了現代設計理念的變革，而智能技術的融入又會促成新的發展。3D打印應用領域非常廣泛，在航空、航天、航海、潛海、交通裝備、生物醫療、康複産業、文化創意、創新教育等領域都有非常誘人的前景。

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中國高度重視3D打印技術及其産業的發展，通過國家基金項目、攻關項目、研發計劃項目支持3D打印技術的研發推廣，經過二十多年培養了一批老中青結合、具有國際化視野的科研人才，國際合作廣泛深入，國際交流碩果累累。

作為“中國制造2025”的發展重點，3D打印在近幾年取得了蓬勃發展，圍繞重大需求形成了不同行業的示範應用。通過政策引導，在社會各界共同努力下，3D打印關鍵技術不斷突破，裝備性能顯著提升，應用領域日益拓展，技術生态和産業體系初步形成；湧現出一批具有一定競争力的骨幹企業，形成了若幹産業集聚區，整個産業呈現快速發展局面。

華中科技大學出版社緊跟時代潮流，瞄準3D打印科學技術前沿，組織策劃了本套“3D打印前沿技術叢書”，并且，其中多部将與愛思唯爾（Elsevier）出版社一起，向全球聯合出版發行英文版。本套叢書内容聚焦前沿、關注應用、涉獵廣泛，不同領域專家、學者從不同視野展示學術觀點，實現了多學科交叉融合。

本套叢書采用開放選題模式，聚焦3D打印技術前沿及其應用的多個領域，如航空航天、工藝裝備、生物醫療、創新設計等領域。本套叢書不僅可以成為我國有關領域專家、學者學術交流與合作的平台，也是我國科技人員展示研究成果的國際平台。

3D打印正在各行業中發揮作用，極大地拓展了産品的創意與創新空間，優化了産品的性能；大幅降低了産品的研發成本，縮短了研發周期，極大地增強了工藝實現能力。因此，3D打印未來将對各行業産生深遠的影響。為此，“中國制造2025”、德國“工業4.0”、美國“增材制造路線圖”，以及“歐洲增材制造戰略”等都視3D打印為未來制造業發展戰略的核心。

《光固化3D打印技術》

王永信，宗學文 編著

内容簡介：

本書介紹了光固化3D打印基本原理和前沿技術，在常見工藝特點的基礎上，分析其成功應用的關鍵技術環節；以點掃描累加設備為例，詳細介紹了3D打印設備的開發基礎，分析了激光掃描系統、增材裝置、塗鋪系統、液位控制系統（發明專利技術）、樹脂加熱系統等功能模塊的設計要求，以及聯合調試、工藝測試方法；

以數據處理流程為主線，介紹了三維數模的建立、缺陷修複方法、設備坐标系定向、支撐種類選擇、自動生成方法、分層處理、激光掃描算法、軟件功能規劃等内容。

作者介紹：

王永信高級工程師，研究生導師，現任中國機械制造工藝協會快速原型制造技術分會秘書長、快速制造國家工程研究中心副主任、快速成形制造技術教育部工程研究中心副主任。

研究方向為增材制造技術、逆向工程與檢測技術、快速模具技術、智能制造技術。承擔了國家重點研發計劃項目、國家“863”計劃項目、國家科技支撐計劃項目等多個科研項目。積極開拓與企業的橫向協作，推廣高新技術成果的示範應用。出版著作3部，發表論文10餘篇，獲5項發明專利授權，獲國家技術發明獎二等獎1項、陝西省科學技術獎一等獎1項。

《3D反求技術》

梁晉，史寶全 編著

内容簡介：

反求技術用于獲得實物的三維數據模型，其與3D打印技術緊密配合，可有效縮短産品的開發周期，提高産品更新換代的速度，增強企業競争力。

本書從數據采集、數據處理及數據建模三個方面對3D反求技術所涉及的各種理論與方法進行了系統性的闡述，尤其是詳細介紹了各種先進的光學三維測量理論與方法，并介紹了一些典型案例，以使讀者了解3D反求技術在工業、醫學等各個領域的應用前景。

作者介紹：

梁晉西安交通大學教授，博士生導師。主要從事跨學科的機械電子和信息技術研究，将近景工業攝影測量、三維光學測量、計算機視覺、圖像處理等技術與機械學科的模具技術、CAD技術、數值模拟技術、變形應變分析技術等相結合，實現了複雜結構與材料的三維變形與應變檢測與分析。

先後主持863計劃項目、國家自然科學基金項目、國家機床重大科技專項子項目、江蘇省攻關項目等20個項科研項目；發表論文60多篇（其中SCI/EI收錄40多篇），出版著作10多本，獲中國發明專利授權7項，參與制定國家标準1項；獲得國家科學技術獎（技術發明獎）二等獎1項（第一完成人），獲得陝西省科技進步獎一等獎和二等獎各1項（均為第一完成人）。

《生物3D打印：

從醫療輔具制造到細胞打印》

賀永，傅建中，高慶 編著

内容簡介：

生物3D打印是将3D打印技術與生物醫療相結合所發展出的一個新興研究領域。生物3D打印研究屬于典型的醫學、生物、機械、材料等領域的多學科深度交叉研究，需要相關學科研究人員介入并深度合作。

目前國内從事生物3D打印研究的學者不是很多，也無這方面的專題著作，而這也制約了相關研究的快速發展，限制了這項技術的普及和更大規模的應用。本書在總結作者所在課題組近幾年研究工作的基礎上闡述了生物3D打印的相關方法及應用，圍繞生物3D打印的四個層次，從醫療輔具、醫療植入物的打印，到可降解人工骨的制造，再到操縱細胞構造仿生三維組織來展開。以期為生物3D打印研究進一步深化應用、跨學科合作打下基礎。

作者介紹：

賀永青年長江學者，國家優秀青年科學基金獲得者，現任浙江大學機械工程學院教授，博士生導師，浙江省三維打印工藝與裝備重點實驗室副主任。

從事增材制造（3D打印）、生物3D打印、生物制造等方面的研究工作，主持國家自然科學基金項目3項，國家支撐計劃子課題、國家數控重大專項子課題各1項，省部級課題多項，授權發明專利50餘項，發表SCI論文60餘篇，論文發表在包括Biomaterials、Small、Biofabrication、ACS Applied Materials & Interface等生物制造、微制造、微流體期刊，H因子19。

《光固化3D打印複雜零件快速鑄造技術》

宗學文、屈銀虎、王小麗 編著

内容簡介：

3D打印技術能将複雜三維形狀快速轉化為實物，與傳統鑄造結合形成快速鑄造技術。3D打印技術經過二十多年的發展，已形成快速砂鑄、快速精鑄、快速石膏型鑄造和快速陶瓷型鑄造，成為複雜零件快速制造的重要支撐技術。

在本書中，作者結合十五年來在“十五”國家重點科技攻關計劃項目、863計劃項目、高檔數控機床與基礎制造裝備重大專項課題、陝西省工業攻關項目中，自己完成一百多個複雜鑄件的科研經驗，圍繞“縮短開發周期、降低開發成本、保證工作性能”的目标，主要介紹了光固化技術在車用變速箱、航空活塞發動機、渦輪殼體、機匣等零件快速開發中的應用。通過解決不同快速鑄造工藝中鋁合金、不鏽鋼、高溫合金、钛合金材料的成形控性問題，揭示了快速鑄造技術的内涵。

本書可供光固化成形技術、3D打印設備開發、應用的研究者、工程技術人員，以及相關專業的研究生參考，亦可作為從事新産品開發、複雜零件設計制造、鑄造行業的相關工程技術人員的參考書。

作者介紹：

宗學文 博士，西安科技大學副教授，碩士生導師，畢業于西安交通大學，長期從事基于立體光刻、激光選區燒結、熔融沉積、面曝光等3D打印技術的複雜零件快速鑄造技術研究。參加和完成了國家自然科學基金項目、國家863計劃項目，國家科技支撐計劃項目、高檔數控機床與基礎制造裝備專項20餘項，發表論文30餘篇，出版教材2部，獲國家專利授權20餘項，獲省部級獎1項。

待出版著作：

《3D打印材料》

（華中科技大學教授，博士生導師史玉升 等著）

《激光選區燒結3D打印》

（華中科技大學教授，博士生導師闫春澤 等著）

《激光選區熔化3D打印技術》

（華南理工大學教授，博士生導師楊永強 著）

《異質材料3D打印技術》

（南京師範大學教授，博士生導師楊繼全 等著）

《3D打印數據格式》

（華中科技大學副教授張李超 等著）

各單位相關專家經過近三年的辛勤努力，即将完成20餘部3D打印相關學術著作的撰寫工作，其中已有2部獲得國家科學技術學術著作出版基金資助，多部将與愛思唯爾（Elsevier）聯合出版英文版。

近年來，中國高校設立了3D打印專業，高校師生、設備制造與應用的相關工程技術人員、科研工作者對3D打印的熱情與日俱增。由于3D打印技術僅有三十多年的發展曆程，該技術還有待于進一步提高。

希望這套叢書能成為有關領域專家、學者、高校師生與工程技術人員之間的紐帶，增強作者、編者與讀者之間的聯系，促進作者、讀者在應用中凝練關鍵技術問題和科學問題，在解決問題的過程中，共同推動3D打印技術的發展。

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