3D打印材料及典型案例分析

3D打印技术，即增材制造，是近年来迅速发展起来的一项集光、机、电、计算机、数控和新材料等学科于一体的、全新的数字化制造技术。美国《时代》周刊已将3D打印列为“美国十大增长快的工业”之一。3D打印技术目前已被广泛应用于汽车制造、航空航天、建筑、教育科研、卫生医疗以及娱乐等领域，受到制造业及各类用户的普遍重视。为落实国务院关于发展战略性新兴产业的决策部署，加快推进我国增材制造(3D打印)产业健康有序发展，随着“中国制造业2025”规划的出炉，国家工信部出台《国家增材制造产业发展推进计划》，提出加快3D打印技术专业人才的培养。
3D打印技术的核心是装备和材料。在我国，3D打印装备经过十几年的发展已形成了较成熟的系列产品，部分指标达到国际先进水平。但随着3D打印技术发展及其应用领域的不断扩展，其材料问题日渐凸显。目前，3D打印材料有高分子材料、金属、陶瓷及复合材料等，而得到实际应用的也就100多种，且性能有限、价格昂贵。因此，现有3D打印材料已无法满足实际应用的需求，这成为制约3D打印技术发展的主要瓶颈之一。
本书内容共8章。第1章3D打印概述，主要包括3D打印技术和材料的研究现状；第2章介绍金属材料，包括钛合金、铝合金和不锈钢等；第3章介绍高分子材料，包括聚乳酸和聚碳酸酯等；第4章介绍光敏树脂材料，包括环氧树脂和丙烯酸树脂等；第5章介绍无机非金属材料，包括陶瓷材料和石膏材料等；第6章介绍生物材料，包括医用金属材料和医用无机非金属材料等；第7章介绍新型材料；第8章介绍典型3D打印应用，包括金属3D打印典型应用和光敏树脂3D打印典型应用等。
本书由中山火炬职业技术学院吴姚莎和陈慧挺主编，中山火炬职业技术学院王丽荣、宁波职业技术学院曾佳任副主编，中山火炬职业技术学院刘晓飞和张堃参编。
在本书编写过程中，参考了大量的相关资料，在此表示衷心感谢!
由于编者水平有限，书中的疏漏和错误在所难免，恳请读者和专家批评指正，多提宝贵意见，使之不断完善。

编者

3D打印技术是正在迅速发展的一项集光、机、电、计算机、数控及新材料等学科于一体的先进制造技术。本书内容包括3D打印材料和3D打印应用两个部分：第壹部分介绍3D打印主流材料及其部分新型材料，主要内容包括金属材料、高分子材料、光敏树脂材料、无机非金属材料等；第二部分介绍部分典型3D打印应用，主要内容包括金属3D打印典型应用和光敏树脂3D打印典型应用。本书内容实用，通俗易懂，注重培养读者的专业能力与解决实际问题的能力。
本书符合激光加工与检测、3D快速成型等行业岗位的职业技能需求，可供职业院校的光电技术、智能制造、精密模具等专业的师生应用，也可供从事光电技术、智能制造、精密模具等研究与应用的工程技术人员参考和短期培训使用。

前言

第1章 3D打印概述
1.1 3D打印技术简介
1.2 3D打印技术分类
1.3 3D打印的原理
1.3.1 熔融沉积快速成型
1.3.2 选择性激光烧结
1.3.3 光固化快速成型
1.3.4 分层实体制造
1.4 3D打印技术优势
1.5 3D打印技术的应用
1.6 国内外3D打印技术现状
1.7 3D打印材料要求及分类
1.7.1 金属材料
1.7.2 高分子材料
1.7.3 陶瓷材料
参考文献

第2章 3D打印金属材料
2.1粉末床熔融金属3D打印工艺
2.2直接能量沉积工艺
2.3其他金属3D打印工艺
2.4金属粉末的制备
2.5一种金属粉末生产的代替方法
2.6 金属材料
2.6.1 钛
2.6.2 铝
2.6.3 钢
2.6.4 钴
2.6.5 镍
2.6.6 铜
2.6.7 贵金属
2.6.8 难熔金属
2.7 金属3D打印的未来
参考文献

第3章 3D打印高分子材料
3.1 高分子材料的优势
3.2 高分子材料的特性
3.3 聚乳酸
3.4 ABS树脂
3.5 砜聚合物
3.6 聚碳酸酯
3.7 尼龙
3.8 橡胶
3.9 填充改性用填料
3.9.1 玻璃微珠
3.9.2 蒙脱土
3.9.3 碳纤维
3.9.4 铝粉
参考文献

第4章 3D打印光敏树脂材料
4.1 光固化3D打印技术简介
4.1.1 喷射型光固化3D打印
4.1.2 激光固化快速成型3D打印
4.1.3 连续液体界面制造3D打印
4.2 光敏树脂的组成
4.2.1 预聚物
4.2.2 活性稀释剂
4.2.3 光引发剂
4.2.4 其他助剂
4.3 常用的光敏树脂材料
4.3.1 环氧树脂
4.3.2 丙烯酸树脂
4.3.3 Objet Polyjet光敏树脂材料
4.3.4 DSM Somos系列光敏树脂
参考文献

第5章 3D打印无机非金属材料
5.1 陶瓷
5.1.1 磷酸三钙陶瓷（TCP）
5.1.2 氧化铝陶瓷
5.1.3 陶瓷先驱体
5.1.4 SiC陶瓷
5.1.5 Si3N4陶瓷
5.1.6 Ti3SiC2陶瓷
5.1.7 陶瓷3D打印技术的发展趋势
5.2 石膏
5.2.1 石膏简介
5.2.2 石膏材料的特点
5.2.3 石膏在3D打印中的应用
5.3 淀粉
5.3.1 淀粉材料性能
5.3.2 淀粉在3D打印中的应用
5.4 砂岩
5.4.1 砂岩简介
5.4.2 砂岩性能
5.4.3 砂岩在3D打印中的应用
参考文献

第6章 3D打印生物材料
6.1 医用金属材料
6.2 医用无机非金属材料
6.3 医用高分子材料
6.4 复合生物材料
6.5 细胞参与的生物3D打印材料
参考文献

第7章 新型3D打印材料
7.1 碳纳米管
7.2 石墨烯
7.3 高弹性高聚物
7.4 含能材料
7.5 可食用材料
7.5.1 物理黏结
7.5.2 熔融挤压成型
7.5.3 选择性烧结
7.6 4D打印材料
参考文献

第8章 典型3D打印应用
8.1 金属3D打印典型应用
8.1.1 航空航天应用
8.1.2 汽车行业应用
8.2 光敏树脂3D打印典型应用
8.2.1 工业应用
8.2.2 建筑行业应用
8.2.3 教育行业应用
参考文献

3D打印技术是正在迅速发展的一项集光、机、电、计算机、数控及新材料等学科于一体的先进制造技术。本书内容包括3D打印材料和3D打印应用两个部分：第壹部分介绍3D打印主流材料及其部分新型材料，主要内容包括金属材料、高分子材料、光敏树脂材料、无机非金属材料等；第二部分介绍部分典型3D打印应用，主要内容包括金属3D打印典型应用和光敏树脂3D打印典型应用。本书内容实用，通俗易懂，注重培养读者的专业能力与解决实际问题的能力。
本书符合激光加工与检测、3D快速成型等行业岗位的职业技能需求，可供职业院校的光电技术、智能制造、精密模具等专业的师生应用，也可供从事光电技术、智能制造、精密模具等研究与应用的工程技术人员参考和短期培训使用。