3D打印机组装与调试

本教材主要讲解了3D打印机技术原理、机械组装与调试、固件技术与联机调试、基本应用操作技术、相关软件操作、故障现象与解决等，读者不但可以掌握3D打印机的操作方法，还可以自己组装打印机。具体体现以下特色：1.编写特色：结合实际工作情况，选用典型案例，按照3D打印机组装与调试顺序进行编写，并详细介绍了联机调试所遇到的各种故障现象与排除方法。为便于读者巩固和深入理解所学知识，本书编入了大量的正、逆向设计与3D打印应用实例，并且每个项目都配有学习导航和课后练习与思考。2.资源方面：教案、授课PPT、习题、教学大纲等。

陈金英，北京工业职业技术学院，一线教授。从事3D打印技术课程教学多年，在该领域有一定的学术积累。做过5项关于打印机的科研课题，对此进行深入的研究与学习，发表4篇核心期刊的论文，1项实用型的专利等。因此在这一方面有足够的实践经验，且编写过相关教材。
郭勇，北京工业职业技术学院教师。

单元1　3D打印技术概述 1
1.1　3D打印技术的概念 1
1.1.1　3D打印技术的定义 2
1.1.2　3D打印过程 2

1.2　3D打印技术的发展 3
1.2.1　3D打印技术发展概述 3
1.2.2　3D打印技术发展的制约因素 3
1.2.3　3D打印技术的发展前景 4

1.3　3D打印技术的应用 4
1.3.1　医学方面的应用 5
1.3.2　工业方面的应用 6
1.3.3　建筑设计与房产销售方面的应用 7
1.3.4　食品产业中的应用 8
1.3.5　珠宝业中的应用 8

1.4　4D打印技术简述 8
1.4.1　4D打印技术的定义 8
1.4.2　构成要素 9
1.4.3　4D打印流程 10
1.4.4　4D打印技术的主要优势 10
1.4.5　4D打印技术的应用领域 11
思考题 12

单元2　3D打印技术原理 13
2.1　3D打印技术工艺 14
2.1.1　3D打印技术的分类 14
2.1.2　3D打印技术工艺简介 14
2.1.3　3D打印技术指标 18

2.2　熔融沉积工艺 18
2.2.1　熔融沉积工艺原理 18
2.2.2　双喷头熔融沉积制造工艺的基本原理 18
2.2.3　熔融沉积成型工艺的特点 20
2.2.4　熔融沉积快速成型的材料 20
2.2.5　成型材料的特性指标 21

2.3　3D打印基本流程 22
2.3.1　建模软件 22
2.3.2　STL文件转换和操作 22
2.3.3　3D打印 22
2.3.4　去除支撑 23
2.3.5　后处理 23

2.4　开源3D打印机 23
2.4.1　RepRap3D打印机技术概述 23
2.4.2　RepRap项目的发展阶段 23
2.4.3　Ultimaker3D打印机简介 25

2.5　3D打印机典型的结构类型 26
2.5.1　盒子结构框架 26
2.5.2　三角结构框架 26
2.5.3　三臂并联结构框架 27
思考题 27

单元3　3D打印机硬件 28
3.1　打印机电源 28
3.1.1　计算机主机电源 29
3.1.2　服务器电源 29
3.1.3　移动电源 29
3.1.4　OEM电源 30

3.2　步进电机 30
3.2.1　步进电机定义与结构形式 30
3.2.2　步进电机类型与主要参数 31

3.3　传动部件 35
3.3.1　同步带与同步带轮 35
3.3.2　丝杠 37
3.3.3　行星减速机 39

3.4　挤出部件 40
3.4.1　近端挤出机 40
3.4.2　远程挤出机 40
3.4.3　热熔挤出头 41

3.5　限位开关 42
3.5.1　机械式限位开关 42
3.5.2　光电式限位开关 42
3.5.3　霍尔式限位开关 43

3.6　加热床 43
3.6.1　隔离材料 43
3.6.2　加热床电线 43
3.6.3　打印平台材料 44
3.6.4　加热材料 44
3.6.5　加热电子电路 46

3.7　传感器 47
3.7.1　传感器的概念 47
3.7.2　温度传感器 47

3.8　控制电路板 48
3.8.1　一体控制电路板 48
3.8.2　模块化控制电路板 48

3.9　电机驱动器 50
3.9.1　独立的驱动板 50
3.9.2　插拔型的驱动模块 50
3.9.3　集成式驱动模块 50

3.10　液晶显示屏 51
3.10.1　LCD2004液晶模块 51
3.10.2　LCD12864液晶模块 52
思考题 52

单元4　3D打印机软件 53
4.1　常用固件 54
4.1.1　常用固件类型 54
4.1.2　Marlin_v1固件 56
4.1.3　固件上传 61

4.2　上位机常用控制软件 63
4.

本教材主要讲解了3D打印机技术原理、机械组装与调试、固件技术与联机调试、基本应用操作技术、相关软件操作、故障现象与解决等，读者不但可以掌握3D打印机的操作方法，还可以自己组装打印机。具体体现以下特色：1.编写特色：结合实际工作情况，选用典型案例，按照3D打印机组装与调试顺序进行编写，并详细介绍了联机调试所遇到的各种故障现象与排除方法。为便于读者巩固和深入理解所学知识，本书编入了大量的正、逆向设计与3D打印应用实例，并且每个项目都配有学习导航和课后练习与思考。2.资源方面：教案、授课PPT、习题、教学大纲等。

陈金英，北京工业职业技术学院，一线教授。从事3D打印技术课程教学多年，在该领域有一定的学术积累。做过5项关于打印机的科研课题，对此进行深入的研究与学习，发表4篇核心期刊的论文，1项实用型的专利等。因此在这一方面有足够的实践经验，且编写过相关教材。
郭勇，北京工业职业技术学院教师。

3D打印技术概述

单元导读
本单元主要讲述了3D打印技术的概念和具体包含的内容，及其基本原理与打印过程。
首先，对3D打印技术的概念和基本原理进行了深入的讲解，让大家学习与了解其所包含的主要内容和打印的整个过程。其次，重点介绍了3D打印技术的发展阶段与历程，了解目前国内外的研究状况与其在各个行业的应用及发展前景，熟悉3D打印技术发展的制约因素。后，对4D打印技术的概念、发展情况及应用领域进行了简要介绍。

学习目标
学习3D打印技术的概念，了解3D打印技术的具体内容、基本原理、打印过程。
了解3D打印技术的发展阶段，掌握国内外的研究情况与3D打印技术发展的制约因素。
了解3D打印技术在各个行业的应用及其发展前景。
了解与学习4D打印技术的概念、发展情况及应用领域。

难点与重点
难点：打印技术的概念、基本原理及打印过程。
重点：打印技术发展的应用行业与制约因素。
1.1　3D打印技术的概念
3D打印技术是快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）的一种，学术上又称为增材制造，也可称为添加制造（AM，Additive Manufacturing）。
1.1.1　3D打印技术的定义
美国材料与试验协会将增材制造技术定义为，基于3D模型数据，采用与减式制造技术相反的逐层叠加的方式生产物品的过程。这种技术通常通过计算机控制将材料逐层叠加，终将计算机上的三维模型变为立体实物，它是大批量制造模式向个性化制造模式发展的引领技术。