3D打印：从全面了解到亲手制作（第2版）

1.《3D打印：从全面了解到亲手制作（第2版）》得到自媒体《罗辑思维》倾力推荐，工信部辛勇飞作序，图书内容科学系统，科学前沿，“每一个人都应该活在趋势中”！ 2.《3D打印：从全面了解到亲手制作（第2版）》本书全彩图解，展示大量3D打印前沿图片，3D打印机DIY步骤清晰，直观易懂，按部就班即可轻松完成操作。 3.《3D打印：从全面了解到亲手制作（第2版）》为让读者更好体会3D打印的魅力，特别赠送提供大量炫酷3D打印场景视频，发邮件即可索取。 4.《3D打印：从全面了解到亲手制作（第2版）》适用于普通读者。通过介绍3D打印这一新兴技术以及各个行业的新兴应用，激发普通读者的兴趣，为可能由此带来的第三次工业革命做好准备。 5.《3D打印：从全面了解到亲手制作（第2版）》适用于3D打印爱好者。帮助掌握一定技术基础的爱好者一步步组装属于自己的3D打印机，体会这一技术带来的无限乐趣。 6.《3D打印：从全面了解到亲手制作（第2版）》适用于相关行业从业人员。帮助希望进入该行业的人员掌握不同3D打印设备在生产制造时，采用的技术和工艺，以及应用前景、行业的动态等。

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最重要因素。纵览具有推动新工业革命潜力的各项技术中，3D打印技术无疑是最受期待的技术之一。
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，用最新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打印技术无疑是最受期待的技术之一。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；第一部分为第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

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。

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。

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