本書詳細(xì)介紹了3D打印技術(shù)的起源、發(fā)展現(xiàn)狀、3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)、3D打印技術(shù)的分類和應(yīng)用、3D打印材料分類、3D模型設(shè)計(jì)與建模軟件、3D打印機(jī)通用軟件編程技術(shù)、3D打印云控制芯片與云切片技術(shù)、3D打印云平臺(tái)與個(gè)性化定制、工業(yè)4.0與3D打印。
呂鑒濤，中共黨員，歸國計(jì)算機(jī)科學(xué)博士，政府特聘科技專家。曾任職中關(guān)村知名軟件公司為高級(jí)軟件工程師。本科和碩士就讀于華中師范大學(xué)。后留學(xué)于加拿大Dalhousie University。畢業(yè)后任職于加拿大聯(lián)邦政府。2010年回國創(chuàng)業(yè)，將企業(yè)做到行業(yè)領(lǐng)先位置。帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出全球首款并量產(chǎn)的3D食品打印機(jī)，引發(fā)國內(nèi)各大媒體爭相報(bào)道。擁有多項(xiàng)個(gè)人專利和軟件著作權(quán)。 2013和2016年分別入選“3551人才計(jì)劃”和“湖北省百人計(jì)劃”等海外高層次人才引進(jìn)計(jì)劃。享受政府特殊人才津貼。
目 錄
第1 章 引論 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
第２章 3D 打印技術(shù)的起源與發(fā)展 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6
2．1 3D 打印技術(shù)的基本原理與起源 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6
2．2 3D 打印技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 10
2．2．1 國外3D 打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 10
2．2．2 國內(nèi)3D 打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11
2．3 3D 打印技術(shù)與中國制造2025 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 13
2．3．1 中國制造2025 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 13
2．3．2 3D 打印與中國制造2025 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14
第３章 3D 打印機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
3．1 通用3D 打印機(jī)硬件系統(tǒng)概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19
3．1．1 3D 打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20
3．1．1．1 電機(jī) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20
3．1．1．2 電源 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24
3．1．1．3 導(dǎo)軌 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25
3．1．1．4 絲杠 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25
3．1．1．5 加熱板 熱床 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27
3．1．1．6 擠出機(jī) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 28
3．1．1．7 機(jī)身結(jié)構(gòu) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 30
3．1．2 3D 打印機(jī)硬件控制系統(tǒng) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 36
3．2 通用3D 打印機(jī)軟件控制系統(tǒng) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 38
第4 章 3D 打印技術(shù)及材料分類與應(yīng)用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
4．1 3D 打印技術(shù)分類 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 43
4．1．1 熔融沉積成型技術(shù) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 43
4．1．2 選擇性激光燒結(jié)技術(shù) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 44
4．1．3 激光選區(qū)熔化成型技術(shù) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 45
4．1．4 光固化立體成型技術(shù) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 47
4．1．5 分層實(shí)體制造技術(shù) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 48
4．1．6 三維打印成型技術(shù) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 49
4．1．7 其他3D 打印技術(shù) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 51
4．2 3D 打印材料分類 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
4．2．1 3D 打印材料物理狀態(tài)分類 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
4．2．2 3D 打印材料化學(xué)性能分類 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
4．2．3 3D 打印材料成型方法分類 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
4．3 各類打印材料及其應(yīng)用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56
4．3．1 3D 打印工程塑料 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56
4．3．2 3D 打印光敏樹脂 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 58
4．3．3 3D 打印橡膠類材料 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 58
4．3．4 3D 打印金屬材料 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
4．3．5 3D 打印陶瓷材料 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
4．3．6 其他3D 打印材料 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 60
4．4 我國3D 打印材料技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與機(jī)遇 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 62
第5 章 3D 打印數(shù)據(jù)處理與通用建模軟件概覽 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
5．1 3D 打印數(shù)據(jù)處理 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
5．1．1 STL 格式簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
5．1．2 3D 打印數(shù)據(jù)處理流程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 64
5．2 3D 建模通用軟件簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65
5．2．1 3ds Max 簡介與STL 建模實(shí)例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65
5．2．2 UG 簡介與STL 建模實(shí)例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 70
5．2．3 Pro Engineer 簡介與STL 建模實(shí)例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 79
5．2．4 SolidWorks 簡介與STL 建模實(shí)例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 89
第6 章 3D 打印編程技術(shù)與通用算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
6．1 3D 打印編程技術(shù)簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
6．1．1 3D 打印機(jī)固件開發(fā)環(huán)境 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
6．1．2 3D 打印與Gcode ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105
6．2 3D 打印技術(shù)相關(guān)算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 111
6．2．1 3D 打印分層切片處理 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 111
6．2．1．1 STL 切片算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 111
6．2．1．2 STL 文件結(jié)構(gòu)與操作處理編程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．． 114
6．2．1．3 基于CuraEngine 的3D 模型切片 ．．．．．．．．．．．．．． 123
6．2．2 掃描路徑生成與填充算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 130
6．2．3 支撐生成算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 137
6．2．4 成型方向與算法優(yōu)化概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 146
第7 章 3D 打印云芯片與云切片技術(shù) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 150
7．1 云控制芯片簡介與應(yīng)用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151
7．2 CUDA 編程技術(shù)簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 154
7．2．1 CUDA 概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 154
7．2．2 GPU 架構(gòu)概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 157
7．2．3 CUDA 與并行計(jì)算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 157
7．2．3．1 建立CUDA 編程環(huán)境 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 158
7．2．3．2 CUDA 編程架構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 162
7．3 CUDA 編程實(shí)例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 165
7．3．1 編寫第一個(gè)CUDA 程序 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 165
7．3．2 CUDA 并行編程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 167
7．4 基于CUDA 架構(gòu)的3D 模型切片 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 170
7．4．1 CUDA 多核編程API 簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 170
7．4．2 CUDA 架構(gòu)模型切片處理流程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 172
第8 章 3D 打印云平臺(tái)與個(gè)性化定制 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 175
8．1 構(gòu)建3D 打印生態(tài)云平臺(tái) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 175
8．1．1 3D 打印云生態(tài)系統(tǒng) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 175
8．1．1．1 云計(jì)算技術(shù)簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 175
8．1．1．2 基于云計(jì)算架構(gòu)的3D 打印生態(tài)系統(tǒng) ．．．．．．． 178
8．1．2 3D 打印生態(tài)系統(tǒng)用戶群 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 181
8．2 云平臺(tái)個(gè)性化定制服務(wù)系統(tǒng) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 182
8．2．1 云創(chuàng)意設(shè)計(jì)中心 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 184
8．2．2 云打印中心 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 185
8．2．3 周邊服務(wù)交易中心 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 187
8．3 分布式云打印與個(gè)性化定制 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 188
8．3．1 3D 打印與個(gè)性化定制 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 188
8．3．1．1 個(gè)性化市場趨勢(shì)分析 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 188
8．3．1．2 個(gè)性化定制商品的市場容量 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 189
8．3．1．3 3D 打印生態(tài)系統(tǒng)的個(gè)性化服務(wù)流程 ．．．．．．．． 191
8．3．2 3D 打印智能制造云平臺(tái)管理系統(tǒng)簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 192
第9 章 工業(yè)4．0 與3D 打印 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 197
9．1 工業(yè)4．0 概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 197
9．1．1 “工業(yè)4．0”概念的由來 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 197
9．1．2 “工業(yè)4．0”的核心技術(shù)與行業(yè)影響 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 199
9．2 3D 打印技術(shù)在工業(yè)4．0 中的重要作用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 209
第10 章 3D 打印技術(shù)應(yīng)用展望 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 213
10．1 3D 打印技術(shù)應(yīng)用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 213
10．1．1 3D 打印時(shí)代的生活 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 213
10．1．2 3D 打印時(shí)代的教育 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 219
10．1．3 3D 打印時(shí)代的制造 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 223
10．1．4 3D 打印時(shí)代的知識(shí)產(chǎn)權(quán) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 225
10．2 3D 打印時(shí)代的機(jī)遇與挑戰(zhàn) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 226
10．3 4D 打印技術(shù)簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 228
附錄A 中英文術(shù)語對(duì)照表 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 230
附錄B 3D 打印機(jī)安裝測(cè)試與常見故障維修 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 234
B．1 3D 打印機(jī)安裝調(diào)試 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 234
B．2 3D 打印機(jī)常見故障與處理方法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 243
參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 250
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