第1章  技術大爆炸的前夜

1.1 3D打印技術發展歷史  / 2

1.2 日常生活中的3D打印  / 6

1.3 3D打印的優勢與劣勢  / 8

1.3.1 3D打印技術的六大優勢  / 9

1.3.2 3D打印技術的三大劣勢  / 12

1.4 從虛擬到現實的閉環  / 13

1.4.1 燦爛的未來將激勵人們前行  / 14

1.4.2 革新的商業模式將是關鍵  / 14

1.4.3 長尾理論  / 16

1.4.4 從現實到虛擬，再從虛擬到現實——一個閉環  / 16



第2章  3D打印帶來的新制造

2.1 從虛擬到現實，一的曙光  / 20

2.1.1 一臺全能制造的機器  / 20

2.1.2 瓶頸中的未來  / 21

2.2 3D打印面臨的挑戰  / 22

2.2.1 技術層面  / 22

2.2.2 市場層面  / 25

2.3 應用前景  / 28

2.3.1 模型設計  / 28

2.3.2 教育醫療  / 32

2.3.3 文化藝術  / 36

2.3.4 服裝食品  / 40

2.3.5 建築橋梁  / 44



第3章  3D打印的各大流派

3.1 熔融擠壓式（FDM）  / 49

3.1.1 技術原理  / 49

3.1.2 工藝過程  / 50

3.1.3 技術特點  / 52

3.1.4 典型設備  / 53

3.2 噴墨黏粉式（3DP）  / 53

3.2.1 技術原理  /  54

3.2.2 工藝過程  /  55

3.2.3 技術特點  /  55

3.2.4 典型設備  /  56

3.3 激光燒結式（SLS）  / 56

3.3.1 技術原理  /  57

3.3.2 工藝過程  /  58

3.3.3 技術特點  /  59

3.3.4 典型設備  /  59

3.4 光固化成型（SLA） / 60

3.4.1 技術原理  /  60

3.4.2 工藝過程  /  62

3.4.3 技術特點  /  62

3.4.4 典型設備  /  63

3.5 激光熔融式（SLM）  / 64

3.5.1 技術原理  /  64

3.5.2 工藝過程  /  65

3.5.3 技術特點  /  66

3.5.4 典型設備  /  66

3.6 其他前沿3D打印技術  / 67

3.6.1 CLIP技術和LEAP技術  /  67

3.6.2 Desktop Metal技術  /  69

3.6.3 惠普的MJF技術  /  70

3.6.4 電子束熔化（EBM）  /  71

3.6.5 SLM CNC  /  72

3.6.6 輪廓工藝  /  74

3.6.7 生物3D打印技術  /  74



第4章  常用打印材料及應用

4.1 金屬材料  / 78

4.1.1 鈦合金  /  78

4.1.2 鋼鐵  /  79

4.1.3 鋁合金  /  80

4.1.4 金銀  /  81

4.1.5 高溫合金  /  82

4.2 生物材料  / 84

4.2.1 活細胞  /  84

4.2.2 醫用高分子  /  85

4.2.3 水凝膠  /  86

4.2.4 PEEK（聚醚醚酮）  / 88

4.3 非金屬和非生物材料  / 89

4.3.1 塑料  /  89

4.3.2 光敏樹脂  /  90

4.3.3 紙  /  91

4.3.4 蠟  /  92

4.3.5 石膏  /  93

4.3.6 尼龍  /  94

4.3.7 陶瓷  /  95

4.3.8 金屬高分子復合材料  /  96

4.3.9 碳纖維復合材料  /  97

4.3.10 砂模材料  /  98



第5章  打印模型的準備

5.1 常用設計軟件及導出模型方法  / 102

5.1.1 Autodesk繫列  /  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格式規範  / 110

5.2.1 STL文件的ASCII碼格式  / 111

5.2.2 STL文件的二進制格式  / 111

5.2.3 二進制STL文件中的色彩描述  / 112

5.3 SketchUp的使用  / 113

5.3.1 軟件初始設置  /  113

5.3.2 繪制簡單形狀  /  114

5.3.3 繪制復雜形狀  /  115

5.3.4 視圖操作工具  /  115

5.4 設計模型的後處理  / 116



第6章  化體為面，化面為線——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的安裝及使用  / 124

6.3 詳解Skeinforge常用的配置項  / 127

6.3.1 變更、底面、切片及打印倉模塊  /  128

6.3.2 夾縫、散熱、尺寸及收縮模塊  /  130

6.3.3 輸出、填充、圓角及主頁模塊  /  133

6.3.4 抬升、內凹、抖動及限制模塊  /  136

6.3.5 底座、打印速度及溫度模塊  /  137

6.4 GCode規範概述  / 142

6.4.1 GCode應用  / 142

6.4.2 3D打印設備常用GCode編碼解析  / 144



第7章  控制中心——ReplicatorG

7.1 獲取與安裝  / 148

7.2 設置及校正機器  / 149

7.2.1 設置打印機  / 149

7.2.2 校正打印頭  / 151

7.3 通過STL文件進行打印  / 151

7.4 操作3D模型  / 152

7.5 生成打印路徑  / 154

7.6 編輯配置項  / 155

7.6.1 Skeinforge配置介紹  / 155

7.6.2 Print-O-Matic配置介紹  / 156

7.6.3 配置文件路徑  / 159



第8章  硬件架構——REPRAP

8.1 REPRAP項目概述  / 162

8.2 REPRAP典型架構設計  / 164

8.2.1 機械框架  / 164

8.2.2 電子部件  / 165

8.2.3 配套軟件  / 167

8.3 MCode規範概述  / 168



第9章  熔融擠壓3D打印機DIY

9.1 清單準備及獲取  / 172

9.2 組裝三角支架  / 174

9.3 組裝前側螺紋杆  / 175

9.4 組裝後側螺紋杆  / 176

9.5 組裝頂部螺紋杆  / 177

9.6 緊固支架  / 179

9.7 組裝Y軸框架  / 180

9.8 組裝X軸框架  / 182

9.9 組裝Z軸框架  / 184

9.10 安裝打印噴頭及打印臺  / 187

9.11 安裝電路控制  / 190

9.12 安裝驅動並打印測試  / 192



第10章  光固化3D打印機DIY

10.1 材料準備及注意事項  / 197

10.2 組裝Y軸框架  / 198

10.3 組裝X軸框架  / 199

10.4 組裝Z軸框架  / 201

10.5 拼裝打印機箱體  / 202

10.6 安裝步進驅動板  / 204

10.7 安裝激光驅動板  / 205

10.8 安裝限位開關  / 206

10.9 線路安裝及調試  / 207

10.10 控制中心連接測試  / 209

10.11 安裝激光發射器  / 210

10.12 打印測試及後期制作  / 211



第11章  激光燒結3D打印機DIY

11.1 材料準備及注意事項  / 214

11.2 組裝打印箱體  / 216

11.3 安裝電動馬達  / 218

11.4 組裝Z軸框架  / 219

11.5 組裝Y軸和X軸框架  / 219

11.6 組裝容器平臺  / 222

11.7 安裝激光發射器  / 223

11.8 線路和驅動的安裝  / 223

11.9 控制中心連接測試  / 224

11.10 材料準備及打印測試  / 226



參考文獻  / 228

第2版前言

《3D打印：從全面了解到親手制作》於2015年出版以來，筆者得到了各界人士的支持與鼓勵，圖書受到廣大讀者的歡迎，並榮獲國家優秀科普作品獎銀獎。時隔5年，科技進步日新月異，3D打印技術逐漸為人所知的同時，社會需要一本更前沿、更專業、更能落地指導的3D打印科普書籍。

正如我在第1版的前言裡面說過的：隨著近幾十年來互聯網浪潮席卷全球，信息社會已經深入人類生活的方方面面，這使得傳統的生產制造模式已逐漸難以滿足社會發展的需要，人們對新工業革命的呼聲日益高漲。科學的改進正是科學技術進步的重要因素。縱覽具有推動新工業革命潛力的各項技術中，3D打印技術無疑是受期待的技術之一。

在社會各界熱愛科技與關注3D打印技術的朋友們的幫助和指導下，筆者在原版本的基礎上進行了修改和調整，增加了3D打印技術可以運用的場景及商業化模式，完善了3D打印技術的流派，用的技術替換了一些舊的工藝。本書第1～3章，從整體上介紹了3D打印的發展脈絡、歷史背景、各大技術流派，以及在各個行業的應用前景；第4～8章，著重幫助讀者理清3D打印的工藝現狀和相關技術，包括常用打印材料及應用、打印模型的準備、連接打印機的控制軟件以及開源的硬件架構；第9～11章是本書一大亮點，非常細致地帶領大家一步一步地制作一臺屬於自己的3D打印機。

本書結合3D打印新技術、新成果編著而成，內容翔實，同時配有大量的3D打印全彩高清實體圖，具有較強的科學性和實用性。

希望《3D打印：從全面了解到親手制作（第2版）》通過更加詳細、正確的引導，可以幫助3D打印零基礎的技術愛好者組裝一臺屬於自己的3D打印機，體會這一技術帶來的無限樂趣。本書是筆者根據實踐經驗總結整理，得到了各界同仁的大力支持，特別是葉伊娜、萬楊婷和魯成宇三位老師，為本書提供了大量資料整理和勘誤工作，同時參考了一些外文資料和國內著作，在此一並表示感謝。

由於筆者水平所限，書中難免存在疏漏之處，懇請廣大讀者朋友批評指正。



編著者

2020年10月





第1版前言

隨著近幾十年來互聯網浪潮席卷全球，信息社會已經深入到人類生活的方方面面，這使得傳統的生產制造模式已逐漸難以滿足社會發展的需要，人們對新工業革命的呼聲日益高漲。科學的改進正是科學技術進步的重要因素。而縱覽具有推動新工業革命潛力的各項技術中，3D打印技術無疑是受期待的技術之一。近年來，各路媒體對3D打印技術神奇應用的蜂擁報道，終於使得這一之前非常“高冷”的技術，開始吸引社會各界的目光。

大量對3D打印技術感興趣或希望盡快進入3D打印領域的人員，希望能有合適的技術資料以對其一窺究竟。同時，3D打印技術相比傳統制造技術而言，更加強調全員參與、全民制造、自我繁殖的理念。但無論是企業還是個人，在面對3D打印機各項復雜的構造和技術細節時，時常感覺力不從心，雖躍躍欲試，但又苦於不知如何入手。

本書將不僅幫助讀者全面了解3D打印這一新興技術，而且通過詳細的引導，幫助零基礎的愛好者組裝一臺屬於自己的3D打印機，體會這一技術帶來的無限樂趣。本書共8章，從內容設置上主要分為三個部分；部分為第1章，從整體上介紹3D打印的發展脈絡，以及在各個行業的應用前景；第2至第5章為第二部分，著重幫助讀者理清3D打印的工藝現狀和相關技術，包括各大技術流派、供打印的模型文件、連接打印機的控制軟件以及開源的硬件架構；第三部分第6～8章是本書的亮點，將非常細致地帶領大家，一步一步地制作一臺屬於自己的3D打印機。

本書是編著者根據自身實踐經驗總結所得，且參考了一些外文資料和國內著作，由於水平所限，難免有疏漏之處，望廣大讀者朋友批評指正。

本書的順利完成，得到了中科院自動化所吳懷宇老師的細致指導，以及工信部朱剛博士的熱情幫助，在此一並表示感謝。



編著者

2015年1月

第1章 技術大爆炸的前夜1.1 3D打印技術發展歷史 / 21.2 日常生活中的3D打印 / 61.3 3D打印的優勢與劣勢 / 81.3.1 3D打印技術的六大優勢 / 91.3.2 3D打印技術的三大劣勢 / 121.4 從虛擬到現實的閉環 / 131.4.1 燦爛的未來將激勵人們前行 / 141.4.2 革新的商業模式將是關鍵 / 141.4.3 長尾理論 / 161.4.4 從現實到虛擬，再從虛擬到現實——一個閉環 / 16第2章 3D打印帶來的新制造2.1 從虛擬到現實，一的曙光 / 202.1.1 一臺全能制造的機器 / 202.1.2 瓶頸中的未來 / 212.2 3D打印面臨的挑戰 / 222.2.1 技術層面 / 222.2.2 市場層面 / 252.3 應用前景 / 282.3.1 模型設計 / 282.3.2 教育醫療 / 322.3.3 文化藝術 / 362.3.4 服裝食品 / 402.3.5 建築橋梁 / 44第3章 3D打印的各大流派3.1 熔融擠壓式（FDM） / 493.1.1 技術原理 / 493.1.2 工藝過程 / 503.1.3 技術特點 / 523.1.4 典型設備 / 533.2 噴墨黏粉式（3DP） / 533.2.1 技術原理 / 543.2.2 工藝過程 / 553.2.3 技術特點 / 553.2.4 典型設備 / 563.3 激光燒結式（SLS） / 563.3.1 技術原理 / 573.3.2 工藝過程 / 583.3.3 技術特點 / 593.3.4 典型設備 / 593.4 光固化成型（SLA） / 603.4.1 技術原理 / 603.4.2 工藝過程 / 623.4.3 技術特點 / 623.4.4 典型設備 / 633.5 激光熔融式（SLM） / 643.5.1 技術原理 / 643.5.2 工藝過程 / 653.5.3 技術特點 / 663.5.4 典型設備 / 663.6 其他前沿3D打印技術 / 673.6.1 CLIP技術和LEAP技術 / 673.6.2 Desktop Metal技術 / 693.6.3 惠普的MJF技術 / 703.6.4 電子束熔化（EBM） / 713.6.5 SLM CNC / 723.6.6 輪廓工藝 / 743.6.7 生物3D打印技術 / 74第4章 常用打印材料及應用4.1 金屬材料 / 784.1.1 鈦合金 / 784.1.2 鋼鐵 / 794.1.3 鋁合金 / 804.1.4 金銀 / 814.1.5 高溫合金 / 824.2 生物材料 / 844.2.1 活細胞 / 844.2.2 醫用高分子 / 854.2.3 水凝膠 / 864.2.4 PEEK（聚醚醚酮） / 884.3 非金屬和非生物材料 / 894.3.1 塑料 / 894.3.2 光敏樹脂 / 904.3.3 紙 / 914.3.4 蠟 / 924.3.5 石膏 / 934.3.6 尼龍 / 944.3.7 陶瓷 / 954.3.8 金屬高分子復合材料 / 964.3.9 碳纖維復合材料 / 974.3.10 砂模材料 / 98第5章 打印模型的準備5.1 常用設計軟件及導出模型方法 / 1025.1.1 Autodesk繫列 / 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格式規範 / 1105.2.1 STL文件的ASCII碼格式 / 1115.2.2 STL文件的二進制格式 / 1115.2.3 二進制STL文件中的色彩描述 / 1125.3 SketchUp的使用 / 1135.3.1 軟件初始設置 / 1135.3.2 繪制簡單形狀 / 1145.3.3 繪制復雜形狀 / 1155.3.4 視圖操作工具 / 1155.4 設計模型的後處理 / 116第6章 化體為面，化面為線——切片引擎6.1 切片引擎概述 / 1226.1.1 Skeinforge / 1226.1.2 Slic3r / 1226.2 Skeinforge的安裝及使用 / 1246.3 詳解Skeinforge常用的配置項 / 1276.3.1 變更、底面、切片及打印倉模塊 / 1286.3.2 夾縫、散熱、尺寸及收縮模塊 / 1306.3.3 輸出、填充、圓角及主頁模塊 / 1336.3.4 抬升、內凹、抖動及限制模塊 / 1366.3.5 底座、打印速度及溫度模塊 / 1376.4 GCode規範概述 / 1426.4.1 GCode應用 / 1426.4.2 3D打印設備常用GCode編碼解析 / 144第7章 控制中心——ReplicatorG7.1 獲取與安裝 / 1487.2 設置及校正機器 / 1497.2.1 設置打印機 / 1497.2.2 校正打印頭 / 1517.3 通過STL文件進行打印 / 1517.4 操作3D模型 / 1527.5 生成打印路徑 / 1547.6 編輯配置項 / 1557.6.1 Skeinforge配置介紹 / 1557.6.2 Print-O-Matic配置介紹 / 1567.6.3 配置文件路徑 / 159第8章 硬件架構——REPRAP8.1 REPRAP項目概述 / 1628.2 REPRAP典型架構設計 / 1648.2.1 機械框架 / 1648.2.2 電子部件 / 1658.2.3 配套軟件 / 1678.3 MCode規範概述 / 168第9章 熔融擠壓3D打印機DIY9.1 清單準備及獲取 / 1729.2 組裝三角支架 / 1749.3 組裝前側螺紋杆 / 1759.4 組裝後側螺紋杆 / 1769.5 組裝頂部螺紋杆 / 1779.6 緊固支架 / 1799.7 組裝Y軸框架 / 1809.8 組裝X軸框架 / 1829.9 組裝Z軸框架 / 1849.10 安裝打印噴頭及打印臺 / 1879.11 安裝電路控制 / 1909.12 安裝驅動並打印測試 / 192第10章 光固化3D打印機DIY10.1 材料準備及注意事項 / 19710.2 組裝Y軸框架 / 19810.3 組裝X軸框架 / 19910.4 組裝Z軸框架 / 20110.5 拼裝打印機箱體 / 20210.6 安裝步進驅動板 / 20410.7 安裝激光驅動板 / 20510.8 安裝限位開關 / 20610.9 線路安裝及調試 / 20710.10 控制中心連接測試 / 20910.11 安裝激光發射器 / 21010.12 打印測試及後期制作 / 211第11章 激光燒結3D打印機DIY11.1 材料準備及注意事項 / 21411.2 組裝打印箱體 / 21611.3 安裝電動馬達 / 21811.4 組裝Z軸框架 / 21911.5 組裝Y軸和X軸框架 / 21911.6 組裝容器平臺 / 22211.7 安裝激光發射器 / 22311.8 線路和驅動的安裝 / 22311.9 控制中心連接測試 / 22411.10 材料準備及打印測試 / 226參考文獻 / 228