楊永強教授等編著的《金屬3D打印技術》一書出版

2020年9月21日，南極熊獲悉,，由楊永強,、王迪,、宋長輝編著的書籍《金屬3D打印技術》已經出版,，對于想全面、深入了解金屬3D打印讀者,，是一本不錯的專業(yè)書籍,。目前已經上市銷售，售價：98元（促銷價：68.6元）,，可以在華中科技大學出版社天貓旗艦店上購買,。

本書詳細介紹了當下主流金屬3D打印技術的原理及成形特點，重點對激光選區(qū)熔化技術,、激光熔覆成形技術,、電子束選區(qū)熔化技術、電子束熔絲沉積成形技術,、噴墨黏結成形技術,、增減材復合金屬3D打印技術、等離子體金屬3D打印技術,、電弧3D打印技術,、金屬微滴噴射成形技術等進行了系統(tǒng)論述；從設計約束,、自由設計兩個方面出發(fā)分析了金屬3D打印的創(chuàng)新設計方法,；從尺寸精度、表面粗糙度,、成形零件致密度,、力學性能、無損檢測與過程監(jiān)控等幾個方面介紹了金屬3D打印質量評價體系與在線過程監(jiān)控系統(tǒng),；從后處理工藝、后處理流程兩個方面出發(fā)分析了金屬3D打印的后處理對改善零件質量的作用,；最后結合制造業(yè),、醫(yī)學應用實例介紹了金屬3D打印的前沿應用與發(fā)展趨勢。

本書可幫助制造業(yè)企業(yè)的管理人員和技術人員,、高校工科專業(yè)的師生了解金屬3D打印技術的原理,、工藝裝備、技術特點及現(xiàn)狀和前沿發(fā)展，建立對金3D打印技術的基本認識,，利用金屬3D打印的優(yōu)勢突破傳統(tǒng)加工瓶頸,。本書對我國制造業(yè)推廣和應用金屬3D打印技術、提升先進制造能力有著一定的指導意義,。

此外,，這本書還是國家出版基金資助項目，“十三五"國家重點圖書出版規(guī)劃項目,，智能制造與機器人理論及技術研究叢書,。

本書由華中科技大學教授、中國科學院院士熊有倫作總序,。

總序

近年來,，“智能制造+共融機器人”特別引人矚目，呈現(xiàn)出“萬物感知．萬物互�,。�萬物智能”的時代特征,。智能制造與共融機器人產業(yè)將成為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產業(yè)，也是中國制造2049創(chuàng)新驅動發(fā)展的巨人引擎,。值得注意的是,，智能汽車與無人機、水下機器人等一起所形成的規(guī)模宏大的共融機器人產業(yè),，將是今后年30年各國爭奪的戰(zhàn)略高地,，并將對世界經濟發(fā)展、社會進步,、戰(zhàn)爭形態(tài)產生重大影響,。與之相關的制造科學和機器人學屬于綜合性學科，是聯(lián)系和涵蓋質科學,、信息科學,、生命科學的大科學。與其他工程科學,、技術科學一樣,，它也是將認識世界和改造世界融合為一體的大科學。20世紀中葉,，Cyber-netics與Engineering Cybernetics等專著的發(fā)表開創(chuàng)了工程科學的新紀元,，21世紀以來，制造科學,、機器人學和人工智能等領域異�,；钴S，影坰深遠,，是“智能制造+共機器人”原始創(chuàng)新的源泉,。

華中科技大學出版社緊跟時代潮流,，瞄準智能造和機器人的科技前沿，組織策劃了本套“智能制造與機器人理論及技不研究叢書”,。叢書涉及的內容十分廣泛,。熱烈歡迎各位專家從不同的視野、不同的角度飛不同的領域著書立說,。選題要點包括但不限于：智能制造的各個環(huán)節(jié),，如研究、開發(fā),、設計,、加工、成形和裝配等,；智能制造的各個學科域,，如智能控制、智能感知,、智能裝備,、智能系統(tǒng)、智能物流和智能自動化等,；各類機器人,，如工業(yè)機器人，服務機器人,、極端機器人,、海陸空機器人、仿生/類生/擬人器人,、軟體機器人和微納機器人等的發(fā)展和應用,；與機器人學有關的機構學與力學、機動性與操作性,、運動規(guī)劃與運動控制,、智能駕駛與智能網聯(lián)、人機交互與人機其等,；人工智能,、認知科學、大數(shù)飛,、云制造,、物聯(lián)網和互聯(lián)網等。

本套叢書將成為有關領域專家,、學者學術交流與合作的平臺,，青年科學家茁壯成長的園地，科學家展示研成果的國際舞臺,。華中科技大字出版社將與施普林格（Springer）出版集團等國際學術出版機構一起,，針對本套從書進行全球聯(lián)合出版發(fā)行，同時該社也與有關國際學術會議,、國際學術期刊建立了密切聯(lián)系,，為提升本套叢書的學術水平和實用價值、擴大叢書國際影響營造了良好的學術生態(tài)環(huán)境,。

近年來,，高校師生、各域專家和科技工作者等各界人士對智能制造和機器人的熱情與日俱增,。這耷叢書將成為有關領域專家學者,、高師生與工程技術人員之間的紐帶，增強作者與讀者之間的聯(lián)系,，加快發(fā)現(xiàn)知識,、傳授知識、增長知識和更新知識的進程,，為經濟建設,、社會進步、科技發(fā)展做出貢獻,。

最后,，衷心感謝為本套叢書做出貢獻的作者和讀者，感謝他們?yōu)閯?chuàng)新驅動發(fā)展添正能量,、聚集正能量,、發(fā)揮正能量。感謝華中科技大學出版社相關人員在組織,，策劃過程中的辛勤勞動,。

華中科技大學教授

中國科學院院士

熊有倫

2017年9月

前言

近年來，由于航空航天,、汽車電子,、工業(yè)模具和生物醫(yī)療等領域的應用需求，金屬3D打印技術得到了廣泛重視和大量研究,。3D打印技術最大的優(yōu)勢是直接獲得功能零件,，成形制件只需要經過簡單的表面處理（噴砂、噴丸等)便可以直接用于實際生產中,，被稱為當今制造業(yè)的一場革命技術,。

本書依托國家自然科學基金項目“面向免組裝機構的數(shù)字化設計與激光快速制造基礎研究”、廣東省重大科技專項“廣東省增材制造（3D打�,。┊a業(yè)技術路線圖”,、廣東省科技計劃項目“多種材料激光選區(qū)熔化增材制造裝備研發(fā)及其產業(yè)化”撰寫而成，閘述了先進制造技術中金屬3D打印技術的特點及其未來發(fā)展應用前景,，通過實例分析了面向金屬3D打印的創(chuàng)新設計方法,、核心工藝及后處理過程,，提出了金屬3D打印技術在工業(yè)、醫(yī)學中的設計應用準則,。

本書對金屬3D打印技術原理方法,、裝備、材料,、設計及應用等進行了全面系統(tǒng)的論述,。全書具體內容如下。

第1章：緒論,。主要介紹了3D打印技術的發(fā)展歷史和金屬3D打印技本目前的發(fā)展現(xiàn)狀,，特別是對金屬3D打印技術的邊界和類別做了系統(tǒng)論述。
第2章：激光金屬3D打印技術,。主要介紹了激光選區(qū)熔化技術和激光熔覆成形技術,，包括成形原理、裝備,、材料,、工藝、成形組織性能以及典型應用,。

第3章：電了束金屬3D打印技術,。主要對兩種利用電了束進行3D打印的技術一一電子束選區(qū)熔化技術和電子束熔絲沉積成形技術做了詳細介紹。


第4章：間接金屬3D打印技術,。主要介紹了噴墨黏結成形技術和FDM金屬3D打印技術,，包括成形原理、裝備,、工藝,、材料、組織性能和這兩種技術的應用與發(fā)展,。


第5章：增減材復合金屬3D打印技術,。主要介紹了增減材復合金屬3D打印技術原理，尤其是鋪粉式增減材復合制造和送粉式增減材復合制造技術的實現(xiàn)方式,，國內外商業(yè)化的金屬增減材復合制造裝備,，以及增減材復合金屬3D打印技術面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢。


第6章：其他金3D打印技術,。主要介紹了等離子體金屬3D打印,、基于CMT的電弧3D打印、基于TIG／MIG們電弧3D打印,，以及金屬微滴噴射成形的基本原理,、裝備、材料、工藝和應用,。


第7章：金屬3D打印自由設計,。分設計約束、自由設計兩個部分論述了面向金屬3D打印技術的創(chuàng)新沒計原理與方法,，并給出了具體設計案例,。


第8章：金屬3D打印質量評價和過程監(jiān)控。主要介紹了制件力學性能,、殘余應力、表而粗糙度,、尺寸精度,、硬度和致密度方面的金屬3D打印質量評價體系以及3D打印過程的在線監(jiān)測，包括過程監(jiān)控與無損檢測技術在3D打印中的應用,。


第9章：金屬3D打印成形制件后處理,。主要介紹了金屬3D打印技術所涉及的后處理技術，包括熱等靜壓,、真空淬火/回火,、真空退火/正火、真空滲碳／滲氮,、噴砂,、電解拋光以及氣相沉積技術。


第10章：金屬3D打印在醫(yī)學領域中的應用,。主要介紹了金屬3D打印技術在航空航天,、工業(yè)模具、珠寶首飾,、船舶海工,、汽車等行業(yè)中的應用。


第11章：金屬3D打印在醫(yī)學域中的用,。主要介紹了各類醫(yī)療器械,，包括一類醫(yī)療器械外科手術刀，二類醫(yī)療器械個性化手術導板,、個性化舌側托槽,，三類醫(yī)疔器械個性化全關節(jié)假體、個性化多孔下頜骨假體的金屬3D打印,。


第12章：金屬3D打印技術的發(fā)展前沿與趨勢,。主要介經了多材料金屬3D打印、納米顆粒噴射成形,、納米金屬3D打印技術,，在線監(jiān)測與閉環(huán)控制、4D打印技術,。

華南理工大學于2002年開始開展金屬3D打印技術的研究開發(fā)工作,，是中國最早開展此項技術研究的單位之一,。截至目前，已研發(fā)激光選區(qū)熔化成形設備DiMetal-280,、DiMetal-100和DiMetal-50等,，并實現(xiàn)產業(yè)化。同時在金屬3D打印裝備關鍵技術,，系統(tǒng)軟件,，不同材料（不銹鋼、鈦合金,、鈷鉻合金,、鋁合金、銅合金等）成形工藝及控制等方面進行了深入的研宄,。獲發(fā)明專利授49項,，實用新型專利授權120余項，自主研發(fā)了2套掃路徑規(guī)劃軟件,，獲得2016年度廣東省,、廣州市科技進步獎二等獎各1項，獲得2013年新加坡國際3D打印設計大賽特等獎,。

本書由華南理工大學楊永強教授帶領華南工大學增材造（3D打�,。�實驗室團隊成員撰寫。為了頂利完成本書,，作者在梳理團隊過去研究工作的礎上,，參閱了大量國內外的相關資料，因此書中既有最新的研究成果,，又有大量的應用實例,，由于本書內容廣泛，作者的學術水平和知識面有限,，加之作者對該技術的認識尚處在不斷深化的過程中,，對一些問題的理解還不夠深入。書中若有疏漏與不妥之處,，敬請同行專家和讀者批評指正,。

作者

2020年3月

目 錄：

第1章緒論/1

1.13D打印技術歷史與發(fā)展/1

1.2金屬3D打印技術現(xiàn)狀與發(fā)展/4

第2章激光金屬3D打印技術 /8

2.1激光選區(qū)熔化成形技術/8

2.1.1成形原理與裝備/8

2.1.2成形材料與工藝/12

2.1.3成形組織性能/18

2.1.4應用與發(fā)展/20

2.2激光熔覆成形技術/23

2.2.1成形原理與裝備/23

2.2.2成形材料與工藝/26

2.2.3成形組織性能/28

2.2.4應用與發(fā)展/31

第3章電子束金屬3D打印技術 /34

3.1電子束選區(qū)熔化技術/34

3.1.1成形原理與裝備/34

3.1.2成形材料與工藝/37

3.1.3成形組織性能/39

3.1.4應用與發(fā)展/46

3.2電子束熔絲沉積成形技術/50

3.2.1成形原理與裝備/50

3.2.2成形材料與工藝/53

3.2.3成形組織性能/54

3.2.4應用與發(fā)展/56

第4章間接金屬3D打印技術 /57

4.1噴墨黏結成形技術/57

4.1.1成形原理與裝備/57

4.1.2成形工藝與材料/59

4.1.3成形組織性能/64

4.1.4應用與發(fā)展/65

4.2FDM金屬3D打印技術/66

4.2.1成形原理與裝備/66

4.2.2成形材料與組織/68

4.2.3應用/69

金屬3D打印技術目錄第5章增減材復合金屬3D打印技術 /70

5.1鋪粉式增減材復合制造/71

5.1.1鋪粉式增減材復合制造原理/71

5.2.2鋪粉式增減材復合制造裝備/71

5.2送粉式增減材復合制造/72

5.2.1送粉式增減材復合制造/72

5.2.2送粉式增減材復合制造商業(yè)裝備/73

5.3增減材復合制造技術發(fā)展/75

5.3.1增減材復合制造面臨的問題/75

5.3.2增減材復合制造發(fā)展方向/76

第6章其他金屬3D打印技術 /79

6.1等離子體金屬3D打印技術/79

6.1.1成形原理/79

6.1.2成形工藝/80

6.1.3成形組織性能/81

6.1.4應用與發(fā)展/82

6.2基于CMT的電弧3D打印技術/83

6.2.1成形裝備技術/83

6.2.2成形工藝/86

6.2.3成形組織性能/86

6.2.4應用與發(fā)展/86

6.3基于TIG/MIG的電弧3D打印技術/87

6.3.1成形裝備技術/87

6.3.2成形材料/90

6.3.3成形組織性能/91

6.3.4應用與發(fā)展/92

6.4金屬微滴噴射成形技術/92

第7章金屬3D打印自由設計 /95

7.1設計約束/95

7.1.1成形原理約束/95

7.1.2其他影響因素/99

7.2自由設計/101

7.2.1自由設計方法的提出/101

7.2.2自由設計的內容/102

7.2.3自由設計流程/103

7.2.4自由設計方法下的價值工程與功能分析/105

7.3金屬3D打印設計案例/107

7.3.1復雜內腔零件的數(shù)字化設計與3D打印/108

7.3.2復雜內腔零件的模具設計與制造/112

7.3.3免組裝機構的數(shù)字化設計與直接制造/115

7.3.4個性化托槽的設計/118

7.3.5基于SLM的天線支架優(yōu)化設計/123

7.3.6SLM的成形腔密封閉鎖裝置優(yōu)化設計/128

第8章金屬3D打印質量評價和過程監(jiān)控 /136

8.1概述/136

8.2金屬3D打印質量評價/136

8.2.1力學性能/137

8.2.2殘余應力/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金屬3D打印過程監(jiān)控/144

8.3.1材料輸送系統(tǒng)過程監(jiān)控/145

8.3.2加工頭系統(tǒng)過程監(jiān)控/146

8.3.3成形環(huán)境過程監(jiān)控/146

8.3.4熔池的過程監(jiān)控/147

8.3.5過程監(jiān)控實例/148

8.4質量評價與過程監(jiān)控中的檢測技術/150

8.4.13D打印的檢測需求/150

8.4.2無損檢測技術/151

第9章金屬3D打印成形制件后處理 /154

9.1概述/154

9.2后處理方式/155

9.2.1熱等靜壓致密化處理/155

9.2.2真空淬火與回火處理/157

9.2.3真空退火與正火處理/157

9.2.4真空滲碳與滲氮處理/158

9.2.5噴砂處理/159

9.2.6電解拋光處理/161

9.2.7物理與化學氣相沉積/163

第10章金屬3D打印在制造業(yè)中的應用 /166

10.1在航空航天領域中的應用/166

10.2在工業(yè)模具行業(yè)中的應用/169

10.3在珠寶首飾行業(yè)中的應用/171

10.4在船舶海工行業(yè)中的應用/172

10.5在汽車行業(yè)中的應用/174

第11章金屬3D打印在醫(yī)學領域中的應用 /177

11.13D打印一類醫(yī)療器械/177

11.23D打印二類醫(yī)療器械/178

11.2.1個性化手術導板/178

11.2.2牙科植入物/180

11.33D打印三類醫(yī)療器械/183

11.3.1個性化全膝關節(jié)假體/183

11.3.2個性化多孔下頜骨假體/186

第12章金屬3D打印技術的發(fā)展前沿與趨勢 /189

12.1多材料金屬3D打印/189

12.2納米顆粒噴射成形/190

12.3微納金屬3D打印技術/193

12.3.1電噴印/193

12.3.2微激光燒結/195

12.3.3電化學沉積/196

12.4在線監(jiān)測與閉環(huán)控制/197

12.4.1檢測技術分類及概念/197

12.4.2在線檢測技術架構及信源/198

12.4.3在線監(jiān)測與反饋控制策略/202

12.54D打印技術/205

參考文獻/207


作者介紹：

楊永強，華南理工大學機械與汽車工程學院教授�,，F(xiàn)任廣東省機械工程學會焊接分會理事長,，廣東省激光行業(yè)協(xié)會監(jiān)事長，中國3D打印產業(yè)技術聯(lián)盟副理事長,，廣東省現(xiàn)代焊接技術重點實驗室主任,，中國機械工程學會焊接學會理事，中國光學學會激光加工專委會常委，廣東省光學學會激光加工專委會副主任等,。主要研究研究領域包括3D 打印技術與裝備,，包括金屬零件激光選區(qū)熔化快速成型裝備，F(xiàn)DM裝備等,。歷年來承擔和參加國家,、國際合作、省市級科研項目40多項,。其中25項為項目負責人,。發(fā)表有關學術論文180余篇。申請專利57項,，其中獲得發(fā)明專利13項,，實用新型專利28項，軟件版權1項,，外觀專利1項；申請中的發(fā)明專利14項,，其中包括美國,、德國專利各一項，申請中的實用新型專利項,。