产品特色
编辑推荐
《3D打印:从全面了解到亲手制作》是自媒体视频脱口秀“罗辑思维”倾力推荐的科技前沿书籍,引用罗振宇的一句话:“每一个人都应该活在趋势中”。
工业和信息化部辛勇飞副所长亲自为本书作序,对《3D打印:从全面了解到亲手制作》这本书给予了高度重视。
《3D打印:从全面了解到亲手制作》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。
《3D打印:从全面了解到亲手制作》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。
《3D打印:从全面了解到亲手制作》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。
内容简介
《3D打印:从全面了解到亲手制作》一书不仅向读者全面介绍3D打印这一新兴技术,同时通过详细的引导,帮助零基础的爱好者们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。
《3D打印:从全面了解到亲手制作》首先从整体上介绍了3D打印的发展脉络,以及在各个行业的应用前景。接着帮读者理清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。在《3D打印:从全面了解到亲手制作》的最后,则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。
作者简介
杨振贤,信息系统项目管理师(高级),毕业于北京大学软件与微电子学院,2010年至今一直关注3D打印技术,并参与了国内一代FDM打印机的研发工作。
张磊,本科毕业于清华大学自动化专业,北京大学硕士研究生毕业。
樊彬,获中国科学院自动化所模式识别与智能系统专业博士学位,任职于中国科学院自动化研究所,模式识别国家重点实验室。
内页插图
精彩书评
★《3D打印从全面了解到亲手制作》这本书里有关于亲手做一款3D打印机的全面的引导。如果你有兴趣,那你真的可以亲手制作那么一台,如果你做成了,那我们愿意花我们的资源、我们的视频、我们的微信公众号,帮你展示你的3D打印机。因为我们知道,你就是那个活在趋势中的人。
——罗振宇(自媒体视频脱口秀《罗辑思维》主讲人)
★《3D打印从全面了解到亲手制作》系统地讲解了3D打印理论、相关软硬件技术,甚至给出了从零开始自己组装一台3D打印机的步骤。该书的出版,对于普通读者可以了解基本情况、激发兴趣;对于有一定技术基础的爱好者,可帮助组装属于自己的3D打印机,体会这一技术带来的无限乐趣;对于专业性人员,可借此了解掌握不同3D打印设备采用的技术和工艺,以及应用前景、行业动态等,以在新一轮产业革命中把握先机。
——辛勇飞(工业和信息化部电信研究院政策与经济研究所副所长)
目录
第1章
3D 打印概述
1.1 3D 打印技术发展历史
1.2 3D 打印的优势与劣势
1.2.1 3D打印技术的六大优势
1.2.2 3D打印技术的三大劣势
1.3 3D 打印应用前景
1.3.1 模型设计
1.3.2 教育医疗
1.3.3 文化艺术
1.3.4 服装食品
第2章
3D 打印的技术原理
2.1 熔融挤压式FDM
2.1.1 技术原理
2.1.2 工艺过程
2.1.3 技术特点
2.1.4 典型设备
2.2 层叠法成型LOM
2.2.1 技术原理
2.2.2 工艺过程
2.2.3 技术特点
2.2.4 典型设备
2.3 喷墨粘粉式3DP
2.3.1 技术原理
2.3.2 工艺过程
2.3.3 技术特点
2.3.4 典型设备
2.4 激光烧结式SLS
2.4.1 技术原理
2.4.2 工艺过程
2.4.3 技术特点
2.4.4 典型设备
2.5 光固化成型SLA
2.5.1 技术原理
2.5.2 工艺过程
2.5.3 技术特点
2.5.4 典型设备
从全面了解到亲手制作
3D 打印
第3章
打印模型的准备
3.1 常用设计软件及导出模型的方法
3.1.1 Autodesk系列
3.1.2 I-DEAS
3.1.3 Unigraphics
3.1.4 SketchUp
3.1.5 其他
3.2 STL 格式规范
3.2.1 STL文件的ASCII码格式
3.2.2 STL文件的二进制格式
3.2.3 二进制STL文件中的色彩描述
3.3 SketchUp 的使用
3.3.1 软件初始设置
3.3.2 绘制简单形状
3.3.3 绘制复杂形状
3.3.4 视图操作工具
3.4 设计模型的后处理
第4章
连接打印机并打印模型
4.1 获取与安装
4.2 设置及校正机器
4.2.1 设置打印机
4.2.2 校正打印头
4.3 通过STL文件进行打印
4.4 操作3D 模型
4.5 生成打印路径
4.6 编辑配置项
4.6.1 Skeinforge配置介绍
4.6.2 Print-O-Matic配置介绍
4.6.3 配置文件路径
第5章
开源3D 打印机——REPRAP
5.1 REPRAP 项目概述
5.2 REPRAP 典型架构设计
5.2.1 机械框架
5.2.2 电子部件
5.2.3 配套软件
5.3 MCode 规范概述
第6章CONTENTS
材料准备及获取
6.1 定制材料清单
6.2 通用材料清单
第7章
DIY 属于自己的3D 打印机
7.1 组装三角支架
7.2 组装前侧螺纹杆
7.3 组装后侧螺纹杆
7.4 组装顶部螺纹杆
7.5 紧固支架
7.6 组装Y 轴框架
7.7 组装X 轴框架
7.8 组装Z 轴框架
7.9 安装打印喷头及打印台
7.1 0 安装电路控制
7.1 1 安装驱动并打印测试
第8章
打印工艺优化——切片引擎
8.1 切片引擎概述
8.1.1 Skeinforge
8.1.2 Slic3r
8.2 Skeinforge 的安装及使用
8.3 详解Skeinforge 常用的配置项
8.3.1 变更、底面、切片及打印仓模块
8.3.2 夹缝、散热、尺寸及收缩模块
8.3.3 输出、填充、圆角及主页模块
8.3.4 抬升、内凹、抖动及限制模块
8.3.5 底筏、打印速度及温度模块
8.4 GCode 规范概述
8.4.1 GCode应用
8.4.2 3D打印设备常用GCode编码解析
附 录
常用打印材料及应用
精彩书摘
《3D打印:从全面了解到亲手制作》:
1.2.1 3D打印技术的六大优势
3D打印机与传统的制造设备不同之处,在于其不像传统制造设备那样通过切割或模具塑造来制造物品。3D打印机通过层层堆积的方式来形成实体物品,恰好从物理的角度扩大了数字概念的范畴。当人们要求具有精确的内部凹陷或互锁部分的形状设计时,3D打印技术便具备了与生俱来的优势。通过具体分析,我们认为3D打印技术至少包含了以下六个方面的优势。
优势1:高复杂度、多样化物品的生产将不会增加成本
其实,3D打印设备制造一个形状复杂的物品与打印一个简单的方块消耗成本是相同的。就传统制造而言,物体形状越复杂,制造成本越高。但对于3D打印机而言,制造形状复杂的物品其成本并不会相应增长。制造一个华丽的、形状复杂的物品也同打印一个相同体积、简简单单的方块,所消耗的时间、原材料或成本都相差无几。
像这种制造复杂物品而不增加成本的打印将从根本上打破传统的定价模式,并改变我们整个制造业成本构成的方式。一台3D打印机可以打印的形状,甚至材料都可以有多种,它可以像经验丰富的工匠一样,每次都做出不同形状的物品。而大部分传统的制造设备功能都比较单一,能够做出的形状种类比较有限。3D打印机还将省去技术人员的培养成本和新设备的采购费用,当需生产一款新产品时,并不需要升级设备、培训员工,而只需要导入不同的数字设计文件和一批新的原材料就可以了。
优势2:产品无须组装、缩短交付时间
3D打印机还具备着可以使部件一体化成形的特点,这样对减少劳动力和运输方面的花费将有显著地帮助。传统的大规模生产是建立在产业链和流水线基础上的,在现代化工厂中,机器生产出相同的零部件,然后由机器人或工人进行组装。产品组成部件越多,供应链和产品线都将拉得越长,组装和运输所需要耗费的时间和成本就越多。而3D打印由于其生产特点,则可以做到同时打印一扇门以及上面的配套铰链,从而可以一体化成形,无需再次组装。3D打印能够实现一体成型这一特点将可以很好地缩短供应链,节省在劳动力和运输方面的大量成本。
同时,3D打印机还可以根据人们的需求按需打印,这样将可以最大程度上减少库存和运输成本。这种即时生产不仅将带来商业模式上的革新,同时其带来的便利也将大大减少企业的实际库存量,使得企业可以根据用户的订单来启动3D打印机,制造出特别的或定制的产品来满足客户需求,许多新的商业模式将成为可能。如果人们所需的物品可以按需就近生产,那么这种零库存、零时间交付的生产方式还将可以最大限度地减少长途运输成本。供应链越短、库存和浪费则越少,生产制造对社会造成的污染也将越少,这些都将对减少社会污染有着极其显著地帮助。
优势3:制作技能门槛降低、设计空间无限
目前在传统制造业中,培养一个娴熟的工人往往需要很长的时间,而3D打印机的出现将可以显著降低生产技能的门槛。通过在远程环境或极端情况下批量生产,以及计算机控制制造,这些都将显著降低对生产人员技能的要求。3D打印机从设计文件中自动分割计算出生产需要的各种指令集,制造同样复杂的物品,3D打印机所需要的操作技能将比传统设备少很多。这种摆脱原来高门槛的非技能制造业,将可以进一步引导出众多新的商业模式,并能在远程环境或极端情况下为人们提供新的生产方式。
从制造物品的复杂性来看,3D打印机相比传统制造技术同样具备优势,甚至能制作出目前只能存在于设计之中、人们在自然界未曾见过的形状。传统制造技术和工匠制造的产品形状有限,制造形状的能力受制于所使用的工具。例如,传统的木制车床只能制造圆形物品,轧机只能加工用铣刀组装的部件,制模机仅能制造模铸形状。而3D打印则有望突破这些局限,开辟巨大的设计和制造空间。
优势4:不占空间、便携制造
3D打印的优点还在于可以自由移动,并制造出比自身体积还要庞大的的物品。就单位生产空间而言,3D打印机与传统制造设备相比,其制造能力和潜力都更加强大。例如,注塑机只能制造比自身小很多的物品,与此相反,3D打印机却可以制造和其打印台一样大的物品。3D打印机调试好后,打印设备还可以自由移动,打印制造出甚至比自身还要大的物品。由于其较高的单位空间生产能力,使得3D打印机更加适合家用或办公使用,这些都是有赖于3D打印机所需更小物理空间这一优势。
优势5:节约原材料,并可以多种材料无限组合
相对于传统的金属制造技术来说,3D打印机制造时产生的副产品更少。传统金属加工有着十分惊人的浪费量,一些精细化生产甚至会造成90%原材料的丢弃浪费。相对来说3D打印机的浪费量将显著减少。随着打印材料的进步,“净成形”制造可能取代传统工艺成为更加节约环保的加工方式。
此外,原材料之间还可以任意组合,将不同原材料结合成单一产品对当今的制造机器而言是一项件技术难题,因为传统的制造机器在切割或模具成型过程中难以将多种原材料结合在一起,但3D打印机则可以避开这一难题。相信随着多材料3D打印技术的发展,我们有能力将不同原材料无缝融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成色调种类繁多,具有独特的属性和功能的全新材料。
优势6:精确的实体复制
传统的黑胶唱片和磁带,往往只能通过实体物理传递来确保信息不被丢失。而数字音乐文件的出现则带来了革命性的变化,使得信息脱离了载体,可以被无休止地精确复制却不会降低音频质量。在将来,3D打印技术也将在整个生产制造领域,把数字精度延伸到实体世界之中。通过3D扫描技术和打印技术的运用,我们可以十分精确的对实体进行扫描、复制操作。扫描技术和3D打印技术将共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率,缩小实体世界和数字世界的距离。我们可以扫描、编辑和复制实体对象,创建精确的副本或优化原件。
以上部分优势有的已经得到证实,有的可能会在未来的一二十年(或三十年)成为现实。3D打印将一次次突破人们熟悉的、历史悠久的传统制造技术的瓶颈,推陈出新,为整个人类社会今后的创新提供一个更加广阔的舞台。
……
前言/序言
3D打印:从全面了解到亲手制作 书籍简介 在快速发展的科技浪潮中,3D打印以其颠覆性的制造模式,正悄然改变着我们的生活、工作和创造方式。它不再是遥不可及的实验室技术,而是触手可及的个人创作工具,是工业生产革新的驱动力。本书《3D打印:从全面了解到亲手制作》旨在为读者构建一个完整而深刻的3D打印认知体系,从宏观的概念普及到微观的实践指导,让你真正掌握这项令人着迷的技术,并将其转化为创造的强大能量。 第一篇:3D打印的基石——理解与认知 在本篇中,我们将一同踏上探索3D打印世界的旅程。我们不会直接跳入操作层面,而是首先为你打下坚实的概念基础。 什么是3D打印?——超越传统制造的全新维度。 我们将深入剖析3D打印的核心原理,即“增材制造”(Additive Manufacturing)。这与我们熟悉的“减材制造”(Subtractive Manufacturing),如车削、铣削等,有着根本性的区别。增材制造是将数字模型逐层叠加,最终形成三维实体。这种逐层累积的特性,赋予了3D打印无与伦比的设计自由度和复杂结构实现能力。我们将详细阐述这一过程,从数字模型的生成,到材料的逐层沉积,再到最终成型的整个流程。 3D打印的历史脉络与发展演变。 一项技术的崛起并非一蹴而就。我们将回顾3D打印技术的发展历程,从其萌芽期的初步探索,到关键技术的突破,再到如今的百花齐放。了解历史,有助于我们理解这项技术为何会以如此迅猛的势头发展,以及它所经历的挑战与机遇。我们将介绍一些关键的发明者、重要的里程碑事件以及不同阶段的技术革新,让你对这项技术有一个历史性的认知。 3D打印的原理与分类——多元技术构建的生态。 3D打印并非单一技术,而是包含多种不同的成型原理和工艺。在本节中,我们将详细介绍目前主流的3D打印技术,包括但不限于: 熔融沉积成型(FDM/FFF): 这是最普及、最易于上手的技术,通过加热线状材料并将其逐层挤出堆叠。我们将深入讲解其工作原理、优势、局限性以及常见的应用场景。 光固化打印(SLA/DLP/LCD): 利用光能使液态光敏树脂逐层固化成型。我们将对比不同光固化技术的特点,如精度、速度、成本等,并解释其在精细模型制作中的优势。 选择性激光烧结(SLS)/选择性激光熔化(SLM): 利用激光选择性地烧结或熔化粉末材料,形成致密的实体。我们将探讨其在工业级应用中的重要性,以及其对材料的要求和打印精度。 材料喷射(Material Jetting)/粘结剂喷射(Binder Jetting): 将液态材料或粘结剂通过喷头精确喷射到打印床上。我们将分析这些技术在多材料打印、彩色打印以及陶瓷、金属打印中的独特之处。 每一种技术都会配以清晰的图解和工作流程演示,让你直观理解其工作机制。 3D打印的材料世界——塑造未来的多样化选择。 材料是3D打印的灵魂。本章将为你揭示3D打印所使用的丰富多样的材料,并阐述不同材料的特性、应用范围以及选择原则。 高分子聚合物: 了解PLA、ABS、PETG、TPU等常见打印材料的特性,如强度、柔韧性、耐热性、生物相容性等,以及它们各自适合的应用领域。 光敏树脂: 探索标准树脂、韧性树脂、柔性树脂、水洗树脂、可浇铸树脂等不同类型光敏树脂的独特性能,以及它们在原型制作、珠宝铸造、医疗模型等领域的应用。 金属材料: 介绍金属粉末(如不锈钢、铝合金、钛合金)在SLM/SLS等技术中的应用,以及其在航空航天、汽车制造等高性能领域的价值。 陶瓷与复合材料: 展望3D打印在陶瓷、碳纤维复合材料等前沿材料领域的探索与应用,理解这些材料如何拓展3D打印的边界。 我们将详细分析各种材料的物理化学性质,并提供在不同打印技术和应用场景下选择合适材料的建议。 3D打印的应用领域——无处不在的创新力量。 3D打印早已渗透到我们生活的方方面面,并持续催生着新的可能性。我们将为你展现3D打印在各个领域的广泛应用,激发你的无限创意: 工业制造与原型设计: 探索3D打印在快速原型制造、小批量生产、模具制造、定制化零部件生产中的作用,以及其如何加速产品开发周期。 医疗健康领域: 深入了解3D打印在定制化假肢、手术导板、解剖模型、生物打印(如组织工程)方面的突破性进展。 航空航天与汽车工业: 揭示3D打印如何用于制造轻量化、高强度、复杂结构的航空航天和汽车零部件,以及其对材料科学的推动作用。 消费品与创意产业: 体验3D打印在个性化时尚饰品、家居用品、玩具、艺术品、文创产品等领域的无限魅力。 教育与科研: 了解3D打印如何成为 STEM 教育的重要工具,以及它在科研实验和教学模型制作中的价值。 每一项应用都将配以生动的案例和图片,让你深刻体会3D打印带来的变革。 第二篇:亲手制作——从零开始的实践之旅 在充分理解了3D打印的理论基础后,本篇将带领你走进实践环节,让你从“看客”变成“玩家”。我们将一步步指导你完成从想法到实物的全过程。 数字模型的创建——你的想法的蓝图。 3D打印的第一步是拥有一个数字模型。本章将为你介绍多种创建数字模型的方式: 3D建模软件: 详细介绍主流的3D建模软件,如Tinkercad(适合初学者,易于上手)、Fusion 360(功能强大,适用于专业设计)、Blender(开源免费,艺术与建模兼顾)、SketchUp(易于学习,适用于建筑和产品设计)等。我们将从基本的操作界面、常用工具、建模思路等方面进行讲解,让你能够独立设计简单的模型。 扫描建模: 介绍3D扫描仪的工作原理,以及如何通过扫描现实物体来获取数字模型。我们将讲解扫描前的准备工作、扫描过程中的注意事项以及扫描后对模型的后期处理,让你能够复制和改造现有物品。 模型库与在线资源: 推荐一些优质的3D模型下载平台(如Thingiverse, Cults3D, MyMiniFactory等),并指导你如何选择、下载和优化现有模型,为你的打印项目提供素材。 我们将强调设计的思维和技巧,帮助你构建出既美观又可打印的模型。 切片软件的使用——为打印机“翻译”模型。 数字模型需要通过切片软件转化为打印机能够识别的指令。本章将聚焦于常用的切片软件,如Cura、PrusaSlicer、Simplify3D等。 软件界面与基础设置: 详细讲解切片软件的界面布局、常用功能,以及如何导入3D模型。 打印参数详解: 这是打印成功的关键。我们将逐一解析层高、壁厚、填充密度、打印速度、支撑结构、底座(raft/brim/skirt)等重要参数的含义、影响以及如何根据模型特性进行调整。 支撑结构与优化: 深入讲解支撑结构的生成原理、类型(树形、柱状等)以及如何合理设置以确保打印质量,同时又便于移除。 预览与G-code生成: 如何通过切片软件预览打印路径,检查潜在问题,并生成最终的G-code文件。 我们会通过实例演示,让你理解参数设置对打印结果的直接影响。 3D打印机的选择与准备——开启你的创作之路。 选择一台合适的3D打印机是迈出第一步的关键。本章将为你提供选购指导: 打印技术选择: 根据你的需求(精度、速度、预算、打印材料等),指导你选择FDM、SLA还是其他类型的打印机。 打印机品牌与型号介绍: 推荐一些口碑良好的打印机品牌和热门型号,并分析其优缺点。 打印机硬件基础: 了解打印机的组成部分,如打印平台、挤出头、主板、电源等,并介绍一些常见的升级和维护方法。 打印前的准备工作: 包括打印平台的调平、耗材的安装与检查、打印头的清洁等,确保打印机处于最佳工作状态。 打印过程的实践与调试——解决打印中的“疑难杂症”。 理论学习固然重要,但实际操作中总会遇到各种问题。本章将为你提供实用的故障排除指南: 常见打印问题分析与解决: 针对层纹不均、翘边、堵头、拉丝、模型变形、支撑移除困难等常见问题,提供详细的分析和解决方案。 打印参数的微调: 如何根据打印过程中遇到的具体问题,对切片软件中的打印参数进行细微调整,以优化打印效果。 材料特性对打印的影响: 了解不同耗材的吸湿性、线膨胀系数等特性如何影响打印质量,以及如何妥善保存和使用耗材。 打印过程的监控与安全: 强调打印过程中的监控重要性,以及操作过程中的安全注意事项。 后处理与修饰——让你的作品更加完美。 打印完成只是创作过程的一部分,精细的后处理能让你的作品脱胎换骨。 支撑结构的移除: 介绍安全高效的支撑移除技巧,以及不同类型支撑结构移除的方法。 表面处理技术: 学习打磨、抛光、填补、喷漆、上色等后处理方法,让你的模型表面光滑、色彩鲜艳。 组装与粘合: 对于大型或复杂模型,学习如何进行分块打印和后期组装,以及使用合适的粘合剂。 功能性后处理: 探讨如何对打印件进行螺纹加工、钻孔、安装电子元件等,赋予其实际功能。 结语:拥抱3D打印,开启无限可能 《3D打印:从全面了解到亲手制作》不仅仅是一本技术手册,更是一本激发你创造力的指南。我们相信,通过本书的学习,你将能够: 深入理解3D打印的本质、技术和材料。 掌握从数字模型创建到打印完成的全过程。 独立解决打印过程中遇到的各种技术难题。 将3D打印技术应用于个人爱好、学习、工作乃至创业。 用3D打印的无限可能,实现你的创意与梦想。 无论你是对3D打印充满好奇的初学者,还是希望深入掌握这项技术的创客、设计师、工程师,亦或是希望将其引入教学或生产的教育工作者、企业管理者,《3D打印:从全面了解到亲手制作》都将是你不可或缺的伙伴。让我们一起,用双手和智慧,拥抱这个由3D打印构建的全新未来!