【现货速发】3D打印:从全面了解到亲手制作

第2版前言

《3D打印：从全面了解到亲手制作》于2015年出版以来，笔者得到了各界人士的支持与鼓励，图书受到广大读者的欢迎，并荣获国家优秀科普作品奖银奖。时隔5年，科技进步日新月异，3D打印技术逐渐为人所知的同时，社会需要一本更前沿、更专业、更能落地指导的3D打印科普书籍。

正如我在第1版的前言里面说过的：随着近几十年来互联网浪潮席卷全球，信息社会已经深入人类生活的方方面面，这使得传统的生产制造模式已逐渐难以满足社会发展的需要，人们对新工业革命的呼声日益高涨。科学的改进正是科学技术进步的重要因素。纵览具有推动新工业革命潜力的各项技术中，3D打印技术无疑是受期待的技术之一。

在社会各界热爱科技与关注3D打印技术的朋友们的帮助和指导下，笔者在原版本的基础上进行了修改和调整，增加了3D打印技术可以运用的场景及商业化模式，完善了3D打印技术的流派，用的技术替换了一些旧的工艺。本书第1～3章，从整体上介绍了3D打印的发展脉络、历史背景、各大技术流派，以及在各个行业的应用前景；第4～8章，着重帮助读者理清3D打印的工艺现状和相关技术，包括常用打印材料及应用、打印模型的准备、连接打印机的控制软件以及开源的硬件架构；第9～11章是本书一大亮点，非常细致地带领大家一步一步地制作一台属于自己的3D打印机。

本书结合3D打印新技术、新成果编著而成，内容翔实，同时配有大量的3D打印全彩高清实体图，具有较强的科学性和实用性。

希望《3D打印：从全面了解到亲手制作（第2版）》通过更加详细、正确的引导，可以帮助3D打印零基础的技术爱好者组装一台属于自己的3D打印机，体会这一技术带来的无限乐趣。本书是笔者根据实践经验总结整理，得到了各界同仁的大力支持，特别是叶伊娜、万杨婷和鲁成宇三位老师，为本书提供了大量资料整理和勘误工作，同时参考了一些外文资料和国内著作，在此一并表示感谢。

由于笔者水平所限，书中难免存在疏漏之处，恳请广大读者朋友批评指正。

编著者

2020年10月

第1版前言

随着近几十年来互联网浪潮席卷全球，信息社会已经深入到人类生活的方方面面，这使得传统的生产制造模式已逐渐难以满足社会发展的需要，人们对新工业革命的呼声日益高涨。科学的改进正是科学技术进步的重要因素。而纵览具有推动新工业革命潜力的各项技术中，3D打印技术无疑是受期待的技术之一。近年来，各路媒体对3D打印技术神奇应用的蜂拥报道，终于使得这一之前非常“高冷”的技术，开始吸引社会各界的目光。

大量对3D打印技术感兴趣或希望尽快进入3D打印领域的人员，希望能有合适的技术资料以对其一窥究竟。同时，3D打印技术相比传统制造技术而言，更加强调全员参与、全民制造、自我繁殖的理念。但无论是企业还是个人，在面对3D打印机各项复杂的构造和技术细节时，时常感觉力不从心，虽跃跃欲试，但又苦于不知如何入手。

本书将不仅帮助读者全面了解3D打印这一新兴技术，而且通过详细的引导，帮助零基础的爱好者组装一台属于自己的3D打印机，体会这一技术带来的无限乐趣。本书共8章，从内容设置上主要分为三个部分；部分为第1章，从整体上介绍3D打印的发展脉络，以及在各个行业的应用前景；第2至第5章为第二部分，着重帮助读者理清3D打印的工艺现状和相关技术，包括各大技术流派、供打印的模型文件、连接打印机的控制软件以及开源的硬件架构；第三部分第6～8章是本书的亮点，将非常细致地带领大家，一步一步地制作一台属于自己的3D打印机。

本书是编著者根据自身实践经验总结所得，且参考了一些外文资料和国内著作，由于水平所限，难免有疏漏之处，望广大读者朋友批评指正。

本书的顺利完成，得到了中科院自动化所吴怀宇老师的细致指导，以及工信部朱刚博士的热情帮助，在此一并表示感谢。

编著者

2015年1月

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。

考虑到读者的一些实际需求，作者团队特意搜集了一些3D打印高清视频，赠送给大家（请发邮件至qiyanp@126.com索取），帮助大家更加直观和生动地了解3D打印技术。

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。

考虑到读者的一些实际需求，作者团队特意搜集了一些3D打印高清视频，赠送给大家（请发邮件至qiyanp@126.com索取），帮助大家更加直观和生动地了解3D打印技术。

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  / 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

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