增材制造设备部件与应用

　　目前市场对增材制造的需求较大，尤其是芯片打印，人体组织结构的打印和医院手术前的器官模型打印的需求，需要大量的增材制造设备。为增材制造设备的快速发展和应用，本书集中在增材制造设备的各关键部件的制造技术的论述，包括增材制造设备的支撑部件、打印头部件、STL数据的切片软件部件、激光振镜扫描部件、增材制造设备的坐标运动部件、增材制造加工的预热控制部件。本书集中在几个热门领域的增材制造的应用：增材制造的工业应用，包括飞机涡轮发动机叶片的再生制造；增材制造在医学外科与牙科上的应用，包括膝关节、髋关节、牙假体、盆骨等的打印；增材制造在生物组织工程的组织结构的3D打印的应用，包括组织结构的支架打印和各种生物组织工程的打印方法和原理。

　　周宏甫，教授、博士、博士生导师。1958.10月出生于湖北。82年6月本科毕业于武汉理工大学，85年5 月硕士毕业于武汉理工大学， 1985年至1993年在武汉科技大学机器人机教研室任教，1993年：96年12月在华中理工大学机械学院（现华中科技大学） 获博士学位。1997年2月至今在华南理工大学机电系任教。主要研究 领域：超声波技术、机器人、无人机、数控、3D 打印。发表了论文 90 余篇， 其中作为作者发表 70 余篇，以作者上三大索引 30 余篇。

第1章增材制造技术概述/1
1.1增材制造技术的基本原理/1
1.2增材制造过程 /2
1.2.1增材制造的前处理/2
1.2.2增材制造的加工过程/2
1.2.3增材制造的后处理/5
1.3增材制造技术的典型应用/7
1.3.1SLA的应用/8
1.3.2LOM的应用/9
1.3.3SLS的应用/11
1.3.4EBM的应用/11
1.4增材制造技术应用的瓶颈/13
本章参考文献/14
第2章增材制造工艺概述/16
2.1SLA工艺/16
2.2LOM工艺/18
2.3SLS工艺/19
2.4FDM工艺/21
2.5SLM工艺/24
2.63DP工艺/26
2.7EBM工艺/26
2.8LCF工艺/27
本章参考文献/29
第3章支撑部件/32
3.1支撑的基本概念/32
3.2SLA的支撑部件/36
3.3FDM的支撑部件/39
3.4LOM的支撑部件/42
3.5SLM的支撑部件/43
3.6EBM的支撑部件/44
3.73DP的支撑部件/45
本章参考文献/45
增材制造设备部件与应用目录第4章打印头部件/47
4.1FDM打印头部件/47
4.1.1FDM打印头的分类/47
4.1.2FDM打印头送丝机构/47
4.1.3FDM打印头加热器及喷嘴/52
4.1.4FDM双打印头总体结构/56
4.23DP打印头部件/56
4.2.1喷墨打印机的工作原理/56
4.2.2喷墨打印方式/58
4.2.3喷墨打印驱动方式的选择/58
4.2.4喷嘴的机械结构/61
本章参考文献/62
第5章实体切片分层与封闭路径填充算法部件/64
5.1STL文件格式/64
5.1.1STL文件的结构/64
5.1.2STL文件数据读取与分析/66
5.2STL模型的切片与分层处理/67
5.2.1STL模型分层与切片的流程/68
5.2.2三角形面片与切片平面求交/69
5.3切片程序的设计/70
5.3.1切片程序的设计方案/70
5.3.2切片程序/70
5.4切片程序的测试/72
5.4.1切片程序的功能/72
5.4.2应用实例/72
5.4.3切片的测试/73
5.5切片层内路径填充/75
本章参考文献/75
第6章激光振镜扫描系统部件/77
6.1振镜扫描部件/77
6.1.1振镜式激光扫描技术/77
6.1.2二维振镜式激光扫描系统/79
6.2透镜聚焦部件/80
6.2.1FTheta透镜的聚焦/80
6.2.2三维动态聚焦振镜扫描系统/82
6.3光学系统的建立/85
6.3.1激光光束聚焦的焦深/85
6.3.2振镜式激光扫描系统激光的扩束/86
6.3.3振镜反射镜的光路/86
6.4振镜式激光扫描系统部件的结构/88
6.4.1激光器/88
6.4.2振镜反射镜/89
6.4.3振镜电机/90
6.4.4扫描系统的装配结构/94
本章参考文献/95
第7章增材制造设备的坐标运动部件/97
7.1SLA设备的运动控制部件/97
7.1.1SLA设备的组成/97
7.1.2SLA设备的运动控制部件/98
7.2FDM设备的运动控制部件/99
7.2.1FDM设备组成/99
7.2.2FDM设备的运动控制部件/101
7.3LOM设备的运动控制部件/104
7.4SLS设备的运动控制部件/104
7.5SLM设备的运动控制部件/105
7.5.1SLM设备的组成/105
7.5.2SLM设备部件的运动分解/106
7.6LCF设备的运动控制部件/110
7.7EBM设备的运动控制部件/111
7.83DP设备的运动控制部件/113
本章参考文献/115
第8章增材制造设备的预热控制部件/117
8.1预热控制的方法/117
8.2SLS、SLM和EBM设备的预热控制部件/117
8.3FDM设备的预热控制部件/119
本章参考文献/123
第9章增材制造材料/125
9.1增材制造材料的分类/125
9.2增材制造工艺对材料性能的要求/125
9.2.1增材制造中的材料工艺问题/125
9.2.2增材制造技术对材料性能的总体要求/126
9.3增材制造工艺常用的材料/126
9.3.1SLA打印材料/126
9.3.2FDM打印材料/128
9.3.3LOM打印材料/128
9.3.4SLS打印材料/129
9.3.5金属粉末材料的SLM与EBM打印的扫描电子显微
镜图分析/130
本章参考文献/133
第10章增材制造在工业上的应用/135
10.1概述/135
10.2快速制模中的增材制造/135
10.2.1快速制模中的增材制造/135
10.2.2砂模的增材制造/138
10.2.3注塑机的注塑模的增材制造/138
10.3建筑应用的增材制造/139
10.4航空应用的增材制造/140
10.5食品工业应用的增材制造/143
10.6服装工业的增材制造/143
本章参考文献/145
第11章增材制造在医学上的应用/147
11.1医学假体的3D模型 /147
11.1.1医学假体的3D模型的建立/148
11.1.2假体DICOM医学图像数据/148
11.2膝关节假体/149
11.2.1膝关节的结构/149
11.2.2膝关节的运动/150
11.2.3膝关节假体分析/151
11.2.4膝关节假体装配/153
11.2.5膝关节假体的EBM打印/156
11.3髋关节假体/157
11.3.1髋关节/157
11.3.2髋关节假体的设计要求/159
11.3.3髋关节假体设计变量的确定与建模/160
11.3.4髋关节假体表面的多孔蜂窝结构/162
11.3.5髋关节假体的EBM打印/163
11.4牙假体/164
11.4.1牙假体的测量/165
11.4.2种植牙牙冠的打印/167
11.4.3牙桥的打印/167
11.4.4种植牙的装配/167
11.5盆骨假体与头骨假体/171
11.6增材制造技术在外科手术方案设计上的应用/173
11.6.1人体头骨分离手术模型打印/173
11.6.2动物模型打印/174
11.6.3肾脏器官模型打印/174
11.6.4肝脏器官模型打印/174
11.6.5胚胎模型打印/175
11.7血管模型打印/176
本章参考文献/177
第12章生物组织结构的3D打印设备/181
12.1概述/181
12.2组织结构打印的工艺过程/183
12.3组织结构的打印设备/184
12.3.1热泡式喷墨打印设备/185
12.3.2压电式喷墨打印设备/185
12.3.3激光或紫外激光照射打印设备/186
12.3.4表面波声控打印设备/187
12.3.5活塞驱动的细胞墨水的控制打印设备/189
12.4组织结构打印的应用/191
本章参考文献/193