本书介绍了3D打印技术的原理以及工艺。重点介绍了当前主流的3D打印技术，比如基于光固化的3D打印技术、基于材料喷射式的3D打印技术、基于粉末床的3D打印技术、基于叠层技术的3D打印技术以及复合式3D打印技术。针对3D打印产品的标准以及检测技术也有介绍。
近年来，3D 打印技术迅速发展，不断取得改进和突破。作为一门集材料科学与工程、光学工程、数学建模技术、机电控制技术、信息技术等领域于一身的前沿交叉研究领域，3D打印技术越来越受到关注。虽然当前一些高校已经开展了关于3D 打印技术方面的研究和教学工作，但仍缺乏面向工程实际应用的3D 打印教材。因此，本教材的编撰是为了满足大学生、研究生的需求，供从事3D 打印行业的教师因材施教，为相关学科的研究人员和技术人员提供指导和参考。本教材弥补了国内教材中该技术的不足，对理论知识与实际实践的结合具有重要的作用，对培养该技术方面的人才具有重要意义。
本书内容涵盖了3D 打印技术的发展历程、概念和关键技术，以及国内外3D 打印技术领域的最新研究成果和发展现状。同时，本书还展望了该技术在未来的发展趋势和应用前景。对当前主流的3D 打印技术的特点及应用进行了深入的剖析，包括3D 打印技术的基本理论、成形技术、设备及应用，特别是对产品设计中基于3D 打印技术的创新进行了深入浅出的阐述。此外，本书还特别介绍了3D 打印产品的标准与检测问题，使读者对3D 打印技术有一个更全面和深入的了解。
本书由陈继民、曾勇任主编，杨继全、李涤尘、史玉升任副主编。具体编写分工如下：北京工业大学陈继民教授、曾勇副教授编写第1章，并负责全书的统稿；北京工业大学毋立芳教授编写第2章部分内容，南京师范大学杨继全教授编写第2章部分内容、第5章、第6章部分内容，西安交通大学李涤尘教授、连芩教授编写第3章，南京工业大学唐明亮教授编写第4章，南京铖联激光科技有限公司王林总经理编写第6章部分内容，华中科技大学史玉升教授、吴甲民教授编写第7章和第9章，装甲兵工程学院董世运教授、北京航空航天大学田象军博士编写第8章，浙江工业大学姚建华教授编写第10章，中国航空综合技术研究所栗晓飞博士、国家增材制造产品质量监督检验中心冒浴沂博士编写第11章。
在本书即将出版之际，衷心感谢北京工业大学北京市数字化医疗3D 打印工程技术研究中心的各位学术前辈及同事，感谢他们长期以来对我们科研工作给予的大力支持和帮助。
本书可作为高等院校相关专业的本科生及研究生的教材，同时也适用于机械、计算机科学、材料等相关领域的研究人员和工程技术人员使用。尽管我们尽力保证书中内容的准确性和完整性，但由于时间仓促和个人水平的限制，书中难免存在不妥之处，敬请读者批评指正。
编者
2023年2月
陈继民，北京工业大学，教授、博导，北京工业大学激光工程研究院教授、博士生导师，3D打印工程中心主任。中国增材制造标准化技术委员会（SAC/TC562）委员，中国光学学会激光加工专业委员会委员，中国机械工程学会特种加工委员会理事，中国机械工程学会高 级会员，国际光学工程学会SPEI会员。主要研究领域为3D打印、激光快速成型、激光微细加工等。在国内外公开发表论文150余篇，其中被三大检索论文100余篇。申请专利20项，软件著作5项。近年来承担科技部重点专项课题、国家自然科学基金、北京市科技计划项目、北京市基金重点项目等十余项。
第1章 3D 打印技术概况001
1.1 发展历史001
1.2 技术原理002
1.2.1 光固化立体成形技术原理002
1.2.2 基于数字光处理技术的3D 打印成形原理004
1.2.3 激光选区熔化成形技术原理与特点004
1.2.4 3DP 技术005
1.3 技术发展展望006
习题009
参考文献009
第2章 3D 打印技术流程010
2.1 三维建模010
2.1.1 建模的基本思路010
2.1.2 多边形建模011
2.1.3 NURBS 建模011
2.1.4 特征建模012
2.2 模型三维扫描012
2.2.1 结构光技术013
2.2.2 双目视觉技术014
2.3 STL 文件016
2.3.1 STL 文件的ASCII 格式016
2.3.2 STL 文件的二进制格式016
2.4 支撑结构设计018
2.4.1 外部支撑结构设计与优化018
2.4.2 外部支撑结构的添加018
2.4.3 外部支撑结构的优化020
2.4.4 内部结构设计022
2.4.5 基于模型结构分析的设计方法022
2.4.6 基于仿生结构的设计方法024
2.5 模型切片026
2.5.1 基于几何拓扑信息提取的切片算法026
2.5.2 基于三角面片几何特征的分层处理算法027
2.5.3 定层厚容错切片027
2.5.4 直接分层切片027
2.5.5 常用的切片软件028
2.6 后处理028
习题029
参考文献029
第3章 光固化成形技术031
3.1 光固化成形原理032
3.2 光固化成形设计032
3.3 光固化成形工艺032
3.3.1 立体光固化技术032
3.3.2 数字光处理技术033
3.3.3 连续液面生产技术034
3.3.4 液晶屏投影技术035
3.3.5 光固化成形工艺优势035
3.3.6 光固化成形工艺弱点037
3.4 光固化成形材料038
3.4.1 光敏树脂038
3.4.2 陶瓷039
3.4.3 生物材料039
3.5 光固化成形技术的应用039
3.5.1 航空航天040
3.5.2 汽车040
3.5.3 牙科041
3.5.4 消费产品（珠宝） 041
3.5.5 手板042
3.5.6 生物医疗042
习题042
参考文献043
第4章 材料挤出3D 打印技术044
4.1 材料挤出成形原理044
4.2 材料挤出3D 打印工艺045
4.2.1 材料挤出3D 打印工艺分类045
4.2.2 材料挤出3D 打印工艺研究048
4.3 材料挤出3D 打印材料053
4.3.1 高分子材料053
4.3.2 无机非金属材料054
4.3.3 金属材料057
4.3.4 复合材料057
4.3.5 食品原料058
4.4 材料挤出3D 打印设备060
4.4.1 FDM 打印机060
4.4.2 混凝土3D 打印机060
4.4.3 陶瓷3D 打印机060
4.4.4 复合材料3D 打印机062
4.4.5 食品打印机062
4.5 材料挤出3D 打印应用063
习题067
参考文献068
第5章 喷射式3D 打印技术071
5.1 粉末喷射式成形技术概述071
5.2 微滴喷射式3D 打印技术072
5.2.1 微滴喷射式成形技术概述072
5.2.2 微滴喷射式3D 打印的特点075
5.2.3 微滴喷射自由成形系统的基本组成075
5.2.4 微滴喷射自由成形的设计过程076
5.2.5 材料喷射技术的设计参数076
5.2.6 材料喷射自由成形工艺中的主要影响因素077
5.3 喷射式3D 打印技术展望078
5.3.1 粉末喷射技术展望078
5.3.2 微滴喷射技术展望079
5.4 喷射式3D 打印技术发展趋势082
习题083
参考文献083
第6章 黏结剂喷射技术085
6.1 黏结剂喷射技术的原理085
6.2 黏结剂喷射技术的设计过程086
6.2.1 黏结剂喷射的设计过程086
6.2.2 黏结剂喷射技术的设计参数087
6.3 黏结剂喷射的技术工艺087
6.3.1 黏结剂喷射技术的工艺流程087
6.3.2 黏结剂喷射的后处理过程088
6.3.3 黏结剂喷射工艺的技术优势088
6.3.4 黏结剂喷射工艺的技术限制089
6.4 黏结剂喷射的材料090
6.4.1 黏结剂喷射石膏打印091
6.4.2 黏结剂喷射陶瓷打印091
6.4.3 黏结剂喷射新型材料打印092
6.5 黏结剂喷射技术的设备094
6.5.1 黏结剂喷射技术的工业设备095
6.5.2 黏结剂喷射技术的设备研发096
6.6 黏结剂喷射技术的应用098
6.6.1 应用领域098
6.6.2 新技术进展100
习题101
参考文献101
第7章 粉末床熔融技术103
7.1 激光选区烧结技术103
7.1.1 技术背景103
7.1.2 激光选区烧结成形原理与烧结机理104
7.1.3 激光选区烧结工艺107
7.1.4 激光选区烧结成形材料110
7.1.5 激光选区烧结成形技术的应用116
7.2 激光选区熔化技术120
7.2.1 技术背景120
7.2.2 激光选区熔化成形原理121
7.2.3 激光选区熔化成形工艺122
7.2.4 激光选区熔化成形材料125
7.2.5 激光选区熔化成形装备128
7.2.6 激光选区熔化成形技术的应用132
习题134
参考文献134
第8章 定向能量沉积技术135
8.1 定向能量沉积技术原理135
8.1.1 激光直接沉积技术135
8.1.2 电子束熔丝沉积技术136
8.2 定向能量沉积工艺特点137
8.2.1 激光直接沉积技术特点137
8.2.2 电子束熔丝沉积技术特点138
8.3 定向能量沉积打印材料139
8.3.1 钛和钛合金139
8.3.2 高温合金139
8.3.3 不锈钢140
8.3.4 铝合金140
8.3.5 镁合金141
8.4 定向能量沉积技术及装备发展现状141
8.4.1 激光直接沉积技术装备141
8.4.2 电子束熔丝沉积技术装备142
8.5 定向能量沉积技术应用143
8.5.1 在航空航天领域的应用144
8.5.2 在医学领域的应用145
8.5.3 在模具制造领域的应用146
8.5.4 在金属零件再制造修复领域的应用146
习题148
参考文献148
第9章 叠层实体制造技术149
9.1 技术背景149
9.2 叠层实体制造成形原理149
9.3 叠层实体制造工艺150
9.3.1 叠层实体制造技术工艺过程150
9.3.2 叠层实体制造技术主要工艺参数150
9.3.3 叠层实体制造后处理工艺151
9.3.4 叠层实体制造技术的工艺特点152
9.3.5 叠层实体制造成形精度154
9.3.6 叠层实体制造成形效率155
9.4 叠层实体制造成形材料155
9.4.1 基体材料155
9.4.2 黏结材料156
9.5 叠层实体制造成形装备156
9.5.1 激光器及冷却器157
9.5.2 激光扫描系统(x-y 型切割头) 157
9.5.3 可升降工作台158
9.5.4 材料送给装置158
9.5.5 热压叠层装置158
9.5.6 计算机控制系统159
9.5.7 检测装置159
9.5.8 机械系统159
9.6 叠层实体制造技术的应用159
9.6.1 产品原型制作159
9.6.2 工业模具制备160
习题162
参考文献162
第10章 复合成形技术163
10.1 超音速激光沉积技术164
10.1.1 超音速激光沉积技术原理164
10.1.2 超音速激光沉积专用装备164
10.1.3 超音速激光沉积工艺与材料165
10.1.4 超音速激光沉积技术工业应用167
10.2 电磁场复合激光增材制造与再制造技术169
10.2.1 电磁场复合激光增材制造与再制造技术原理 169
10.2.2 电磁场复合激光增材制造与再制造专用设备171
10.2.3 电磁场复合激光增材制造与再制造工艺与材料173
10.2.4 电磁场复合激光增材制造与再制造技术工业应用174
10.3 激光-电弧复合焊接技术176
10.3.1 激光-电弧复合焊接技术原理176
10.3.2 激光-电弧复合焊接专用装备177
10.3.3 激光-电弧复合焊接工艺与材料178
10.3.4 激光-电弧复合焊接技术工业应用178
10.4 其他复合成形技术180
10.4.1 激光超声振动复合技术180
10.4.2 微铸锻铣复合制造技术181
10.4.3 激光电化学复合沉积技术181
10.4.4 激光增材与冲击强化复合制造技术183
10.5 复合成形技术展望184
习题184
参考文献184
第11章 3D 打印产品标准及检测189
11.1 国外增材制造技术标准现状189
11.1.1 ASTM 和ISO 标准189
11.1.2 SAE 标准193
11.1.3 其他标准化组织标准197
11.1.4 先进发达国家标准197
11.2 国内增材制造技术标准现状199
11.3 3D 打印产品检测项目及测试方法201
11.3.1 3D 打印专用材料检测项目及方法201
11.3.2 3D 打印设备检测项目及方法205
11.3.3 3D 打印成形件检测项目及方法209
习题213
参考文献213
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