3D打印無機非金屬材料（簡體書）
商品資訊
商品簡介
《3D打印無機非金屬材料》結合作者在無機非金屬材料3D打印方面的研究經驗與成果，從材料角度出發，系統介紹了陶瓷材料、膠凝材料、玻璃材料、型砂以及無機復合材料等各類3D打印無機非金屬材料的制備、工藝原理以及應用等方面的基礎理論與國內外**研究進展。書中基於3D打印工藝及應用需求對所用材料制備方法、成形機制等的介紹有助於讀者從材料制備全過程視角理解3D打印無機非金屬材料、工藝和專用裝備開發及產業應用存在的關鍵問題和發展方向。
本書可供從事3D打印材料研發、設計、生產、應用的科研、工程技術人員及相關部門管理人員參考閱讀，也可作為大專院校材料、機械等專業本科生及研究生的教材。
作者簡介
沈曉冬，南京工業大學，院長/教授、博導，“973”計劃項目首席科學家、“教育部創新團隊”負責人、“國家百千萬人才工程”國家人才、國務院特殊津貼獲得者、2006年江蘇省第二屆十大杰出專利發明人、2009年第八屆南京市“十大科技之星”。兼任中國絕熱節能材料協會副會長、首席專家、氣凝膠分會創會會長，中國硅酸鹽學會絕熱分會副理事長、水泥分會副理事長，江蘇省硅酸鹽學會副理事長，南京硅酸鹽學會理事長等職務。承擔了教育部創新團隊項目及其滾動項目、973、863及重點研發項目、總裝備部重點預研項目、國家自然科學基金項目等30餘項。研究成果在Energy & Environmental Science、Cement and Concrete Research、Nanomaterials等國際期刊發表近300篇學術論文，獲得中國授權發明專利38件，美國、歐洲與日本國際發明專利5件，主編專著4部。先後獲得國家科技進步二等獎1項、教育部高等學校科學研究優 秀成果獎技術發明二等獎、江蘇省科技進步一等獎1項、江蘇省技術進步二等獎、中國資源綜合利用協會科學技術二等獎以及中國石油和化學工業協會技術發明和科技進步二等獎等8項，教育成果獲江蘇省高等教育教學成果特等獎1項。成果在高性能水泥基材料和粉煤灰綜合利用等領域得到大規模應用，綜合利用產值超過 60億元。
名人/編輯推薦
2017年3月，中國工程院啟動了“中國3D打印材料及應用發展戰略研究”咨詢項目。中國工程院化工、冶金與材料工程學部聯合機械、衛生等學部26位院士，組織了全國100餘位3D打印領域的專家學者，歷時兩年的時間完成了該咨詢項目，並在咨詢報告的基礎上，組織出版“3D打印材料叢書”。
《3D打印無機非金屬材料》是“3D打印材料叢書”之一，從材料角度出發，系統介紹了陶瓷材料、膠凝材料、玻璃材料、砂型以及復合材料等各類3D打印無機非金屬材料的材料制備、工藝原理以及應用等方面的基礎理論與國內外研究進展，對推動我國3D打印技術的發展將起到積極作用。
序
3D打印作為第三次工業革命的代表性技術，是21世紀以來智能制造等領域關注的焦點，已經得到學術界和產業界的共同推動，並受到各國政府的重視與大力支持。無機非金屬材料是三大類基礎材料之一。理論上，所有的無機非金屬材料都可以通過現有的3D打印工藝實現復雜制品的成形。雖然無機非金屬材料是種類最多、產量和用量最大的基礎材料，但是，無機非金屬材料3D打印技術無論在專用裝備和專用材料開發還是應用領域拓展等方面都較聚合物材料和金屬材料滯後。這一方面是由於社會各界對無機非金屬材料的3D打印未能給予足夠重視，缺乏應用牽引；另一方面也是因為無機非金屬材料的多樣性和復雜性，且一般具有熔點高、脆性大和缺陷敏感性強等特點，導致其3D打印難度較大，需開展更深入的研究。
從材料體系分析，膠凝材料、陶瓷材料和玻璃材料仍然是現今無機非金屬材料3D打印技術應用的主要材料體系。混凝土、石膏和骨水泥等無機膠凝材料，氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷以及碳化硅陶瓷等陶瓷材料以及硅酸鹽玻璃材料等，都是較早研究並逐漸應用的無機非金屬材料。另外，石墨烯材料的打印以及以碳纖維、玻璃纖維等為增強材料的復合材料等先進無機非金屬材料的3D打印也正在受到越來越多的關注。針對不同打印工藝的專用材料是目前無機非金屬材料3D打印的瓶頸，也是研究熱點。
從打印工藝看，目前已有的幾乎所有3D打印工藝都可適用於無機非金屬的成形。特別是黏結劑噴射、擠出成形等工藝在無機非金屬材料成形方面有極為廣泛的應用。但是，相關專用裝備開發滯後是無機非金屬材料3D打印發展的一個制約因素。
從應用的廣度與深度分析，無機非金屬材料3D打印已經在文創、設計、建筑、醫學以及部分高技術領域得到一定的應用。特別是在模具制造方面，砂型打印使得傳統砂型制造得到質的改變，不僅砂型復雜結構的構建得到提升，而且在環保等方面也有明顯改善。另外，3D打印技術也為以無機非金屬材料為主體的一體化器件成形、多材料打印等提供了可能。然而，目前無機非金屬材料3D打印無論在應用的廣泛性還是引領性、影響性等方面暫時還無法與聚合物材料和金屬材料相比擬。
基於以上現狀，本書從材料角度出發，介紹材料的性能、制備、成形和應用等，為行業專業人員和學生全面了解、系統學習無機非金屬材料3D打印相關知識提供參考，以推動無機非金屬材料3D打印的研究、應用與產業發展。
全書共7章，由沈曉冬擔任主編，史玉升、伍尚華、張景賢擔任副主編，負責擬定大綱和編寫主要內容，唐明亮、吳甲民負責全書內容的整理。各章節編寫分工為：第1章由沈曉冬、唐明亮編寫；第2章由史玉升、伍尚華、吳甲民、沈春英、殷小瑋、範曉孟、吳東江、馬廣義、張景賢、李伶、李艷輝、馬濤編寫；第3章由徐博編寫；第4章由沈曉冬、唐明亮、賴建中、張垠、馬素花、湯兵、鄭海、王振地、張宇編寫；第5章由錢穎鋒、彭凡、文世峰、劉軼編寫；第6章由張強強、王曉鈞編寫；第7章由沈曉冬、史玉升、伍尚華、張景賢、唐明亮、吳甲民編寫。
本書多處引用了國內外文獻，在參考文獻中都標明了出處，在此向相關作者表示感謝。同時也感謝南京工業大學、江蘇薄荷新材料科技有限公司和共享裝備股份有限公司等單位給予本書出版的大力支持。另外，由於無機非金屬材料3D打印還處於研究起步階段，部分材料研究還較少，相關文獻不多，本書也在多處首次引用了編寫團隊未發表的相關研究成果。
鑒於作者水平所限，書中難免有不妥之處，敬請各位專家、同行以及讀者批評指正。
編者
2020年4月
目次
1．13D打印無機非金屬材料特性與分類2
1．1．13D打印無機非金屬材料特性2
1．1．23D打印無機非金屬材料分類2
1．23D打印無機非金屬材料成形工藝概述4
1．3無機非金屬材料3D打印技術的發展5
1．43D打印無機非金屬材料應用6
1．4．1生物醫療領域6
1．4．2設計領域6
1．4．3模具制造領域7
1．4．4建筑領域8
1．4．5其他領域8
參考文獻8
第2章3D打印陶瓷材料11
2．13D打印陶瓷原料與制備技術12
2．1．13D打印陶瓷粉體的制備方法13
2．1．23D打印陶瓷漿料的制備方法15
2．1．33D打印陶瓷絲材的制備方法21
2．1．43D打印陶瓷片材的制備方法21
2．2激光選區燒結成形技術22
2．2．1激光選區燒結成形技術用原材料與制備22
2．2．2激光選區燒結成形過程26
2．2．3激光選區燒結成形坯體特點與熱處理27
2．3光固化成形技術32
2．3．1光固化成形技術用原材料與制備33
2．3．2光固化成形過程38
2．3．3光固化成形陶瓷坯體的特點與熱處理42
2．4三維噴印成形技術46
2．4．1三維噴印成形技術用原材料及黏結劑46
2．4．2三維噴印成形過程48
2．4．3三維噴印成形坯體特點與後處理50
2．5激光選區熔化成形技術56
2．5．1激光選區熔化成形技術用原材料57
2．5．2激光選區熔化成形過程57
2．5．3激光選區熔化成形坯體特點及缺陷調控58
2．6其他成形技術65
2．6．1擠出成形技術65
2．6．2墨水直寫成形技術65
2．6．3熔融沉積成形技術67
2．6．4分層實體制造成形技術69
2．7陶瓷3D打印技術的應用72
2．7．1文化創意領域72
2．7．2建筑領域75
2．7．3航空航天領域77
2．7．4醫療領域79
2．7．5電子領域82
2．7．6汽車領域85
參考文獻89
第3章3D打印無機膠凝材料99
3．13D打印混凝土100
3．1．1水泥基材料及硬化機制100
3．1．2混凝土3D打印工藝103
3．1．3混凝土3D打印技術在建筑上的應用107
3．23D打印生物水泥113
3．2．1生物醫學領域的生物水泥113
3．2．2生物水泥的制備114
3．2．3生物水泥3D打印工藝116
3．2．4生物水泥3D打印的應用118
3．33D打印石膏121
3．3．1石膏材料及硬化機制121
3．3．2石膏3D打印工藝、材料與裝備125
3．3．3石膏3D打印影響因素與改進措施127
3．3．43D打印石膏的應用133
參考文獻137
第4章3D打印玻璃材料143
4．1玻璃工藝基礎144
4．1．1玻璃特性與組分144
4．1．2玻璃熔制與燒結144
4．2用於3D打印的玻璃原料146
4．2．1玻璃粉與造粒粉146
4．2．2玻璃微珠148
4．2．3玻璃纖維149
4．2．4玻璃凝膠149
4．2．5玻璃漿料150
4．33D打印玻璃成形工藝151
4．3．1分層實體制造工藝151
4．3．2直接打印成形工藝152
4．3．3間接打印成形工藝167
4．3．4透明精細玻璃結構的制備174
4．43D打印玻璃的應用177
4．4．1玻璃器件及工藝品的無模制備177
4．4．2玻璃基材料的近凈成形177
4．4．3玻璃基光電器件177
參考文獻178
第5章3D打印型砂181
5．13D打印覆膜砂182
5．1．1覆膜砂特點及制備183
5．1．2成形工藝對覆膜砂成形性的影響185
5．1．3覆膜砂激光選區燒結的應用190
5．23D打印樹脂砂192
5．2．1樹脂砂3DP工藝材料193
5．2．2樹脂砂3DP工藝對砂型成形的影響197
5．2．3樹脂砂3DP工藝及應用實例202
參考文獻210
第6章3D打印無機復合材料215
6．13D打印纖維復合材料216
6．1．13D打印纖維復合材料分類及特點216
6．1．2纖維復合材料3D打印成形工藝218
6．1．33D打印纖維復合材料的應用225
6．23D打印顆粒增強復合材料227
6．2．1顆粒增強材料分類及特點227
6．2．2顆粒增強復合材料3D打印成形工藝228
6．2．33D打印顆粒增強復合材料的應用234
參考文獻234
第7章無機非金屬材料3D打印技術展望239
7．1無機非金屬材料3D打印技術挑戰與對策240
7．2無機非金屬材料3D打印技術發展趨勢243
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