楊永強教授等編著的《金屬3D打印技術(shù)》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(shù)》已經(jīng)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(jīng)上市銷售，售價：98元（促銷價：68.6元），可以在華中科技大學(xué)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(shù)的原理及成形特點，重點對激光選區(qū)熔化技術(shù)、激光熔覆成形技術(shù)、電子束選區(qū)熔化技術(shù)、電子束熔絲沉積成形技術(shù)、噴墨黏結(jié)成形技術(shù)、增減材復(fù)合金屬3D打印技術(shù)、等離子體金屬3D打印技術(shù)、電弧3D打印技術(shù)、金屬微滴噴射成形技術(shù)等進行了系統(tǒng)論述；從設(shè)計約束、自由設(shè)計兩個方面出發(fā)分析了金屬3D打印的創(chuàng)新設(shè)計方法；從尺寸精度、表面粗糙度、成形零件致密度、力學(xué)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(zhì)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(zhì)量的作用；最后結(jié)合制造業(yè)、醫(yī)學(xué)應(yīng)用實例介紹了金屬3D打印的前沿應(yīng)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(shù)人員、高校工科專業(yè)的師生了解金屬3D打印技術(shù)的原理、工藝裝備、技術(shù)特點及現(xiàn)狀和前沿發(fā)展，建立對金3D打印技術(shù)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(yīng)用金屬3D打印技術(shù)、提升先進制造能力有著一定的指導(dǎo)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(shù)研究叢書。

本書由華中科技大學(xué)教授、中國科學(xué)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．萬物互取．萬物智能”的時代特征。智能制造與共融機器人產(chǎn)業(yè)將成為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也是中國制造2049創(chuàng)新驅(qū)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(chǎn)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(jīng)濟發(fā)展、社會進步、戰(zhàn)爭形態(tài)產(chǎn)生重大影響。與之相關(guān)的制造科學(xué)和機器人學(xué)屬于綜合性學(xué)科，是聯(lián)系和涵蓋質(zhì)科學(xué)、信息科學(xué)、生命科學(xué)的大科學(xué)。與其他工程科學(xué)、技術(shù)科學(xué)一樣，它也是將認識世界和改造世界融合為一體的大科學(xué)。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(xué)的新紀元，21世紀以來，制造科學(xué)、機器人學(xué)和人工智能等領(lǐng)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(xué)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(nèi)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(lǐng)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(shè)計、加工、成形和裝配等；智能制造的各個學(xué)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(wù)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(yīng)用；與機器人學(xué)有關(guān)的機構(gòu)學(xué)與力學(xué)、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(wǎng)聯(lián)、人機交互與人機其等；人工智能、認知科學(xué)、大數(shù)飛、云制造、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等。

本套叢書將成為有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜�、學(xué)者學(xué)術(shù)交流與合作的平臺，青年科學(xué)家茁壯成長的園地，科學(xué)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(xué)術(shù)出版機構(gòu)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(guān)國際學(xué)術(shù)會議、國際學(xué)術(shù)期刊建立了密切聯(lián)系，為提升本套叢書的學(xué)術(shù)水平和實用價值、擴大叢書國際影響營造了良好的學(xué)術(shù)生態(tài)環(huán)境。

近年來，高校師生、各域?qū)＜液涂萍脊ぷ髡叩雀鹘缛耸繉χ悄苤圃旌蜋C器人的熱情與日俱增。這耷叢書將成為有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者、高師生與工程技術(shù)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(jīng)濟建設(shè)、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(qū)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(xué)出版社相關(guān)人員在組織，策劃過程中的辛勤勞動。

華中科技大學(xué)教授

中國科學(xué)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(lǐng)域的應(yīng)用需求，金屬3D打印技術(shù)得到了廣泛重視和大量研究。3D打印技術(shù)最大的優(yōu)勢是直接獲得功能零件，成形制件只需要經(jīng)過簡單的表面處理（噴砂、噴丸等)便可以直接用于實際生產(chǎn)中，被稱為當今制造業(yè)的一場革命技術(shù)。

本書依托國家自然科學(xué)基金項目“面向免組裝機構(gòu)的數(shù)字化設(shè)計與激光快速制造基礎(chǔ)研究”、廣東省重大科技專項“廣東省增材制造（3D打�。┊a(chǎn)業(yè)技術(shù)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(chǎn)業(yè)化”撰寫而成，閘述了先進制造技術(shù)中金屬3D打印技術(shù)的特點及其未來發(fā)展應(yīng)用前景，通過實例分析了面向金屬3D打印的創(chuàng)新設(shè)計方法、核心工藝及后處理過程，提出了金屬3D打印技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)學(xué)中的設(shè)計應(yīng)用準則。

本書對金屬3D打印技術(shù)原理方法、裝備、材料、設(shè)計及應(yīng)用等進行了全面系統(tǒng)的論述。全書具體內(nèi)容如下。

第1章：緒論。主要介紹了3D打印技術(shù)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(shù)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(shù)。主要介紹了激光選區(qū)熔化技術(shù)和激光熔覆成形技術(shù)，包括成形原理、裝備、材料、工藝、成形組織性能以及典型應(yīng)用。

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


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


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


第6章：其他金3D打印技術(shù)。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(yīng)用。


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


第8章：金屬3D打印質(zhì)量評價和過程監(jiān)控。主要介紹了制件力學(xué)性能、殘余應(yīng)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(zhì)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(shù)在3D打印中的應(yīng)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(shù)所涉及的后處理技術(shù)，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(shù)。


第10章：金屬3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。主要介紹了金屬3D打印技術(shù)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(yīng)用。


第11章：金屬3D打印在醫(yī)學(xué)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(shù)刀，二類醫(yī)療器械個性化手術(shù)導(dǎo)板、個性化舌側(cè)托槽，三類醫(yī)疔器械個性化全關(guān)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(shù)的發(fā)展前沿與趨勢。主要介經(jīng)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(shù)，在線監(jiān)測與閉環(huán)控制、4D打印技術(shù)。

華南理工大學(xué)于2002年開始開展金屬3D打印技術(shù)的研究開發(fā)工作，是中國最早開展此項技術(shù)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(shè)備DiMetal-280、DiMetal-100和DiMetal-50等，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。同時在金屬3D打印裝備關(guān)鍵技術(shù)，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(quán)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(shè)計大賽特等獎。

本書由華南理工大學(xué)楊永強教授帶領(lǐng)華南工大學(xué)增材造（3D打印）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(chǔ)上，參閱了大量國內(nèi)外的相關(guān)資料，因此書中既有最新的研究成果，又有大量的應(yīng)用實例，由于本書內(nèi)容廣泛，作者的學(xué)術(shù)水平和知識面有限，加之作者對該技術(shù)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(shù)歷史與發(fā)展/1

1.2金屬3D打印技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展/4

第2章激光金屬3D打印技術(shù) /8

2.1激光選區(qū)熔化成形技術(shù)/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(yīng)用與發(fā)展/20

2.2激光熔覆成形技術(shù)/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(yīng)用與發(fā)展/31

第3章電子束金屬3D打印技術(shù) /34

3.1電子束選區(qū)熔化技術(shù)/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(yīng)用與發(fā)展/46

3.2電子束熔絲沉積成形技術(shù)/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(yīng)用與發(fā)展/56

第4章間接金屬3D打印技術(shù) /57

4.1噴墨黏結(jié)成形技術(shù)/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(yīng)用與發(fā)展/65

4.2FDM金屬3D打印技術(shù)/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(yīng)用/69

金屬3D打印技術(shù)目錄第5章增減材復(fù)合金屬3D打印技術(shù) /70

5.1鋪粉式增減材復(fù)合制造/71

5.1.1鋪粉式增減材復(fù)合制造原理/71

5.2.2鋪粉式增減材復(fù)合制造裝備/71

5.2送粉式增減材復(fù)合制造/72

5.2.1送粉式增減材復(fù)合制造/72

5.2.2送粉式增減材復(fù)合制造商業(yè)裝備/73

5.3增減材復(fù)合制造技術(shù)發(fā)展/75

5.3.1增減材復(fù)合制造面臨的問題/75

5.3.2增減材復(fù)合制造發(fā)展方向/76

第6章其他金屬3D打印技術(shù) /79

6.1等離子體金屬3D打印技術(shù)/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(yīng)用與發(fā)展/82

6.2基于CMT的電弧3D打印技術(shù)/83

6.2.1成形裝備技術(shù)/83

6.2.2成形工藝/86

6.2.3成形組織性能/86

6.2.4應(yīng)用與發(fā)展/86

6.3基于TIG/MIG的電弧3D打印技術(shù)/87

6.3.1成形裝備技術(shù)/87

6.3.2成形材料/90

6.3.3成形組織性能/91

6.3.4應(yīng)用與發(fā)展/92

6.4金屬微滴噴射成形技術(shù)/92

第7章金屬3D打印自由設(shè)計 /95

7.1設(shè)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(shè)計/101

7.2.1自由設(shè)計方法的提出/101

7.2.2自由設(shè)計的內(nèi)容/102

7.2.3自由設(shè)計流程/103

7.2.4自由設(shè)計方法下的價值工程與功能分析/105

7.3金屬3D打印設(shè)計案例/107

7.3.1復(fù)雜內(nèi)腔零件的數(shù)字化設(shè)計與3D打印/108

7.3.2復(fù)雜內(nèi)腔零件的模具設(shè)計與制造/112

7.3.3免組裝機構(gòu)的數(shù)字化設(shè)計與直接制造/115

7.3.4個性化托槽的設(shè)計/118

7.3.5基于SLM的天線支架優(yōu)化設(shè)計/123

7.3.6SLM的成形腔密封閉鎖裝置優(yōu)化設(shè)計/128

第8章金屬3D打印質(zhì)量評價和過程監(jiān)控 /136

8.1概述/136

8.2金屬3D打印質(zhì)量評價/136

8.2.1力學(xué)性能/137

8.2.2殘余應(yīng)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(zhì)量評價與過程監(jiān)控中的檢測技術(shù)/150

8.4.13D打印的檢測需求/150

8.4.2無損檢測技術(shù)/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(xué)氣相沉積/163

第10章金屬3D打印在制造業(yè)中的應(yīng)用 /166

10.1在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用/166

10.2在工業(yè)模具行業(yè)中的應(yīng)用/169

10.3在珠寶首飾行業(yè)中的應(yīng)用/171

10.4在船舶海工行業(yè)中的應(yīng)用/172

10.5在汽車行業(yè)中的應(yīng)用/174

第11章金屬3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)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(shù)導(dǎo)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(guān)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(shù)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(shù)/193

12.3.1電噴印/193

12.3.2微激光燒結(jié)/195

12.3.3電化學(xué)沉積/196

12.4在線監(jiān)測與閉環(huán)控制/197

12.4.1檢測技術(shù)分類及概念/197

12.4.2在線檢測技術(shù)架構(gòu)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(shù)/205

參考文獻/207


作者介紹：

楊永強，華南理工大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院教授。現(xiàn)任廣東省機械工程學(xué)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(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟副理事長，廣東省現(xiàn)代焊接技術(shù)重點實驗室主任，中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會理事，中國光學(xué)學(xué)會激光加工專委會常委，廣東省光學(xué)學(xué)會激光加工專委會副主任等。主要研究研究領(lǐng)域包括3D 打印技術(shù)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(guān)學(xué)術(shù)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(quán)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。