3D打印：从全面了解到亲手制作（第2版）

数据时代下新兴的革命性技术，助推3D打印技术的快速发展以及商业应用。经过近几年的沉淀与发展，在顺应消费升级趋势和个性化定制需求下，3D打印越来越受到各方关注，特别是新的突破性技术和商业化应用案例。本书的修订基于3D打印将作为第三种工业力量，具有广阔的应用发展前景，带来一种新型的数字化制造模式和生态。

本书共有11章，系统介绍了技术大爆炸的前夜、3D打印带来的新制造、3D打印的各大流派、常用打印材料及应用、打印模型的准备、化体为面——化面为线——切片引擎、控制中心——ReplicatorG、硬件架构——REPRAP、熔融挤压3D打印机DIY、光固化3D打印机DIY、激光烧结3D打印机DIY。本书结合3D打印新技术、新成果编写而成，内容翔实，同时配有大量3D打印全彩高清实体图，具有较强的科学性、实用性和可操作性。

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杨振贤：

先后就读于同济大学土木工程学院、北京大学软件与微电子学院和清华大学经济管理学院。担任南开大学重点融合实验室学术委员会特聘专家、北京二外文化和旅游人工智能实验室技术委员会特聘专家。在多家大型企业机构任职，负责过多个大型软硬件项目的研发工作。曾组织研发了中国第1代3D打印机，并将技术开源编写了第1版《3D打印：从全面了解到亲手制作》，获得《罗辑思维》推荐，并荣获第四届中国科普奖银奖、化学工业出版社一等奖等荣誉。现作为侣程科技创始人和CEO，专注于人工智能和智能硬件相关技术的研发和商业化工作，2019年获得江苏省创新创业领军人才荣誉称号。

第1章 技术大爆炸的前夜1.1 3D打印技术发展历史 / 21.2 日常生活中的3D打印 / 61.3 3D打印的优势与劣势 / 81.3.1 3D打印技术的六大优势 / 91.3.2 3D打印技术的三大劣势 / 121.4 从虚拟到现实的闭环 / 131.4.1 灿烂的未来将激励人们前行 / 141.4.2 革新的商业模式将是关键 / 141.4.3 长尾理论 / 161.4.4 从现实到虚拟，再从虚拟到现实——一个闭环 / 16第2章 3D打印带来的新制造2.1 从虚拟到现实，一个新纪元的曙光 / 202.1.1 一台全能制造的机器 / 202.1.2 瓶颈中的未来 / 212.2 3D打印面临的挑战 / 222.2.1 技术层面 / 222.2.2 市场层面 / 252.3 应用前景 / 282.3.1 模型设计 / 282.3.2 教育医疗 / 322.3.3 文化艺术 / 362.3.4 服装食品 / 402.3.5 建筑桥梁 / 44第3章 3D打印的各大流派3.1 熔融挤压式（FDM） / 493.1.1 技术原理 / 493.1.2 工艺过程 / 503.1.3 技术特点 / 523.1.4 典型设备 / 533.2 喷墨黏粉式（3DP） / 533.2.1 技术原理 / 543.2.2 工艺过程 / 553.2.3 技术特点 / 553.2.4 典型设备 / 563.3 激光烧结式（SLS） / 563.3.1 技术原理 / 573.3.2 工艺过程 / 583.3.3 技术特点 / 593.3.4 典型设备 / 593.4 光固化成型（SLA） / 603.4.1 技术原理 / 603.4.2 工艺过程 / 623.4.3 技术特点 / 623.4.4 典型设备 / 633.5 激光熔融式（SLM） / 643.5.1 技术原理 / 643.5.2 工艺过程 / 653.5.3 技术特点 / 663.5.4 典型设备 / 663.6 其他前沿3D打印技术 / 673.6.1 CLIP技术和LEAP技术 / 673.6.2 Desktop Metal技术 / 693.6.3 惠普的MJF技术 / 703.6.4 电子束熔化（EBM） / 713.6.5 SLM CNC / 723.6.6 轮廓工艺 / 743.6.7 生物3D打印技术 / 74第4章 常用打印材料及应用4.1 金属材料 / 784.1.1 钛合金 / 784.1.2 钢铁 / 794.1.3 铝合金 / 804.1.4 金银 / 814.1.5 高温合金 / 824.2 生物材料 / 844.2.1 活细胞 / 844.2.2 医用高分子 / 854.2.3 水凝胶 / 864.2.4 PEEK（聚醚醚酮） / 884.3 非金属和非生物材料 / 894.3.1 塑料 / 894.3.2 光敏树脂 / 904.3.3 纸 / 914.3.4 蜡 / 924.3.5 石膏 / 934.3.6 尼龙 / 944.3.7 陶瓷 / 954.3.8 金属高分子复合材料 / 964.3.9 碳纤维复合材料 / 974.3.10 砂模材料 / 98第5章 打印模型的准备5.1 常用设计软件及导出模型方法 / 1025.1.1 Autodesk系列 / 1025.1.2 I-DEAS / 1045.1.3 Unigraphics / 1045.1.4 SketchUp / 1055.1.5 Rhino/Grasshopper / 1065.1.6 ANSYS/ABAQUS / 1075.1.7 其他 / 1085.2 STL格式规范 / 1105.2.1 STL文件的ASCII码格式 / 1115.2.2 STL文件的二进制格式 / 1115.2.3 二进制STL文件中的色彩描述 / 1125.3 SketchUp的使用 / 1135.3.1 软件初始设置 / 1135.3.2 绘制简单形状 / 1145.3.3 绘制复杂形状 / 1155.3.4 视图操作工具 / 1155.4 设计模型的后处理 / 116第6章 化体为面，化面为线——切片引擎6.1 切片引擎概述 / 1226.1.1 Skeinforge / 1226.1.2 Slic3r / 1226.2 Skeinforge的安装及使用 / 1246.3 详解Skeinforge常用的配置项 / 1276.3.1 变更、底面、切片及打印仓模块 / 1286.3.2 夹缝、散热、尺寸及收缩模块 / 1306.3.3 输出、填充、圆角及主页模块 / 1336.3.4 抬升、内凹、抖动及限制模块 / 1366.3.5 底座、打印速度及温度模块 / 1376.4 GCode规范概述 / 1426.4.1 GCode应用 / 1426.4.2 3D打印设备常用GCode编码解析 / 144第7章 控制中心——ReplicatorG7.1 获取与安装 / 1487.2 设置及校正机器 / 1497.2.1 设置打印机 / 1497.2.2 校正打印头 / 1517.3 通过STL文件进行打印 / 1517.4 操作3D模型 / 1527.5 生成打印路径 / 1547.6 编辑配置项 / 1557.6.1 Skeinforge配置介绍 / 1557.6.2 Print-O-Matic配置介绍 / 1567.6.3 配置文件路径 / 159第8章 硬件架构——REPRAP8.1 REPRAP项目概述 / 1628.2 REPRAP典型架构设计 / 1648.2.1 机械框架 / 1648.2.2 电子部件 / 1658.2.3 配套软件 / 1678.3 MCode规范概述 / 168第9章 熔融挤压3D打印机DIY9.1 清单准备及获取 / 1729.2 组装三角支架 / 1749.3 组装前侧螺纹杆 / 1759.4 组装后侧螺纹杆 / 1769.5 组装顶部螺纹杆 / 1779.6 紧固支架 / 1799.7 组装Y轴框架 / 1809.8 组装X轴框架 / 1829.9 组装Z轴框架 / 1849.10 安装打印喷头及打印台 / 1879.11 安装电路控制 / 1909.12 安装驱动并打印测试 / 192第10章 光固化3D打印机DIY10.1 材料准备及注意事项 / 19710.2 组装Y轴框架 / 19810.3 组装X轴框架 / 19910.4 组装Z轴框架 / 20110.5 拼装打印机箱体 / 20210.6 安装步进驱动板 / 20410.7 安装激光驱动板 / 20510.8 安装限位开关 / 20610.9 线路安装及调试 / 20710.10 控制中心连接测试 / 20910.11 安装激光发射器 / 21010.12 打印测试及后期制作 / 211第11章 激光烧结3D打印机DIY11.1 材料准备及注意事项 / 21411.2 组装打印箱体 / 21611.3 安装电动马达 / 21811.4 组装Z轴框架 / 21911.5 组装Y轴和X轴框架 / 21911.6 组装容器平台 / 22211.7 安装激光发射器 / 22311.8 线路和驱动的安装 / 22311.9 控制中心连接测试 / 22411.10 材料准备及打印测试 / 226参考文献 / 228

第1章 技术大爆炸的前夜

1.1 3D打印技术发展历史 / 2

1.2 日常生活中的3D打印 / 6

1.3 3D打印的优势与劣势 / 8

1.3.1 3D打印技术的六大优势 / 9

1.3.2 3D打印技术的三大劣势 / 12

1.4 从虚拟到现实的闭环 / 13

1.4.1 灿烂的未来将激励人们前行 / 14

1.4.2 革新的商业模式将是关键 / 14

1.4.3 长尾理论 / 16

1.4.4 从现实到虚拟，再从虚拟到现实——一个闭环 / 16

第2章 3D打印带来的新制造

2.1 从虚拟到现实，一个新纪元的曙光 / 20

2.1.1 一台全能制造的机器 / 20

2.1.2 瓶颈中的未来 / 21

2.2 3D打印面临的挑战 / 22

2.2.1 技术层面 / 22

2.2.2 市场层面 / 25

2.3 应用前景 / 28

2.3.1 模型设计 / 28

2.3.2 教育医疗 / 32

2.3.3 文化艺术 / 36

2.3.4 服装食品 / 40

2.3.5 建筑桥梁 / 44

第3章 3D打印的各大流派

3.1 熔融挤压式（FDM） / 49

3.1.1 技术原理 / 49

3.1.2 工艺过程 / 50

3.1.3 技术特点 / 52

3.1.4 典型设备 / 53

3.2 喷墨黏粉式（3DP） / 53

3.2.1 技术原理 / 54

3.2.2 工艺过程 / 55

3.2.3 技术特点 / 55

3.2.4 典型设备 / 56

3.3 激光烧结式（SLS） / 56

3.3.1 技术原理 / 57

3.3.2 工艺过程 / 58

3.3.3 技术特点 / 59

3.3.4 典型设备 / 59

3.4 光固化成型（SLA） / 60

3.4.1 技术原理 / 60

3.4.2 工艺过程 / 62

3.4.3 技术特点 / 62

3.4.4 典型设备 / 63

3.5 激光熔融式（SLM） / 64

3.5.1 技术原理 / 64

3.5.2 工艺过程 / 65

3.5.3 技术特点 / 66

3.5.4 典型设备 / 66

3.6 其他前沿3D打印技术 / 67

3.6.1 CLIP技术和LEAP技术 / 67

3.6.2 Desktop Metal技术 / 69

3.6.3 惠普的MJF技术 / 70

3.6.4 电子束熔化（EBM） / 71

3.6.5 SLM CNC / 72

3.6.6 轮廓工艺 / 74

3.6.7 生物3D打印技术 / 74

第4章 常用打印材料及应用

4.1 金属材料 / 78

4.1.1 钛合金 / 78

4.1.2 钢铁 / 79

4.1.3 铝合金 / 80

4.1.4 金银 / 81

4.1.5 高温合金 / 82

4.2 生物材料 / 84

4.2.1 活细胞 / 84

4.2.2 医用高分子 / 85

4.2.3 水凝胶 / 86

4.2.4 PEEK（聚醚醚酮） / 88

4.3 非金属和非生物材料 / 89

4.3.1 塑料 / 89

4.3.2 光敏树脂 / 90

4.3.3 纸 / 91

4.3.4 蜡 / 92

4.3.5 石膏 / 93

4.3.6 尼龙 / 94

4.3.7 陶瓷 / 95

4.3.8 金属高分子复合材料 / 96

4.3.9 碳纤维复合材料 / 97

4.3.10 砂模材料 / 98

第5章 打印模型的准备

5.1 常用设计软件及导出模型方法 / 102

5.1.1 Autodesk系列 / 102

5.1.2 I-DEAS / 104

5.1.3 Unigraphics / 104

5.1.4 SketchUp / 105

5.1.5 Rhino/Grasshopper / 106

5.1.6 ANSYS/ABAQUS / 107

5.1.7 其他 / 108

5.2 STL格式规范 / 110

5.2.1 STL文件的ASCII码格式 / 111

5.2.2 STL文件的二进制格式 / 111

5.2.3 二进制STL文件中的色彩描述 / 112

5.3 SketchUp的使用 / 113

5.3.1 软件初始设置 / 113

5.3.2 绘制简单形状 / 114

5.3.3 绘制复杂形状 / 115

5.3.4 视图操作工具 / 115

5.4 设计模型的后处理 / 116

第6章 化体为面，化面为线——切片引擎

6.1 切片引擎概述 / 122

6.1.1 Skeinforge / 122

6.1.2 Slic3r / 122

6.2 Skeinforge的安装及使用 / 124

6.3 详解Skeinforge常用的配置项 / 127

6.3.1 变更、底面、切片及打印仓模块 / 128

6.3.2 夹缝、散热、尺寸及收缩模块 / 130

6.3.3 输出、填充、圆角及主页模块 / 133

6.3.4 抬升、内凹、抖动及限制模块 / 136

6.3.5 底座、打印速度及温度模块 / 137

6.4 GCode规范概述 / 142

6.4.1 GCode应用 / 142

6.4.2 3D打印设备常用GCode编码解析 / 144

第7章 控制中心——ReplicatorG

7.1 获取与安装 / 148

7.2 设置及校正机器 / 149

7.2.1 设置打印机 / 149

7.2.2 校正打印头 / 151

7.3 通过STL文件进行打印 / 151

7.4 操作3D模型 / 152

7.5 生成打印路径 / 154

7.6 编辑配置项 / 155

7.6.1 Skeinforge配置介绍 / 155

7.6.2 Print-O-Matic配置介绍 / 156

7.6.3 配置文件路径 / 159

第8章 硬件架构——REPRAP

8.1 REPRAP项目概述 / 162

8.2 REPRAP典型架构设计 / 164

8.2.1 机械框架 / 164

8.2.2 电子部件 / 165

8.2.3 配套软件 / 167

8.3 MCode规范概述 / 168

第9章 熔融挤压3D打印机DIY

9.1 清单准备及获取 / 172

9.2 组装三角支架 / 174

9.3 组装前侧螺纹杆 / 175

9.4 组装后侧螺纹杆 / 176

9.5 组装顶部螺纹杆 / 177

9.6 紧固支架 / 179

9.7 组装Y轴框架 / 180

9.8 组装X轴框架 / 182

9.9 组装Z轴框架 / 184

9.10 安装打印喷头及打印台 / 187

9.11 安装电路控制 / 190

9.12 安装驱动并打印测试 / 192

第10章 光固化3D打印机DIY

10.1 材料准备及注意事项 / 197

10.2 组装Y轴框架 / 198

10.3 组装X轴框架 / 199

10.4 组装Z轴框架 / 201

10.5 拼装打印机箱体 / 202

10.6 安装步进驱动板 / 204

10.7 安装激光驱动板 / 205

10.8 安装限位开关 / 206

10.9 线路安装及调试 / 207

10.10 控制中心连接测试 / 209

10.11 安装激光发射器 / 210

10.12 打印测试及后期制作 / 211

第11章 激光烧结3D打印机DIY

11.1 材料准备及注意事项 / 214

11.2 组装打印箱体 / 216

11.3 安装电动马达 / 218

11.4 组装Z轴框架 / 219

11.5 组装Y轴和X轴框架 / 219

11.6 组装容器平台 / 222

11.7 安装激光发射器 / 223

11.8 线路和驱动的安装 / 223

11.9 控制中心连接测试 / 224

11.10 材料准备及打印测试 / 226

参考文献 / 228

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