了得網計算機/網絡_3D打印：從全面了解到親手制作

編輯推薦

1.《超能陸戰隊》裡大白的超酷盔甲觸動了你的心，有木有？來吧，和大白一起玩轉3D打印！

2. 《3D打印從全面了解到親手制作》是自媒體視頻脫口秀“羅輯思維”傾力推薦的科技前沿書籍，引用羅振宇的一句話：“每一個人都應該活在趨勢中”。

3.工業和信息化部辛勇飛副所長親自為本書作序，對《3D打印從全面了解到親手制作》這本書給予了高度重視。

4.《3D打印從全面了解到親手制作》適用於普通讀者。通過介紹3D打印這一新興技術以及各個行業的新興應用，激發普通讀者的興趣，為可能由此帶來的第三次工業革命做好準備。

5.《3D打印從全面了解到親手制作》適用於3D打印愛好者。幫助掌握一定技術基礎的愛好者一步步組裝屬於自己的3D打印機，體會這一技術帶來的無限樂趣。

6.《3D打印：從全面了解到親手制作》適用於相關行業從業人員。幫助希望進入該行業的人員掌握不同3D打印設備在生產制造時，采用的技術和工藝，以及應用前景、行業的動態等。

7.第五屆江蘇書展，作者講座及簽售活動中，場面火爆，讀者朋友們反應熱烈。（以下幾張圖片均在活動中拍攝）

內容簡介

《3D打印從全面了解到親手制作》一書不僅向讀者全面介紹3D打印這一新興技術，同時通過詳細的引導，幫助零基礎的愛好者們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。

《3D打印從全面了解到親手制作》首先從整體上介紹了3D打印的發展脈絡，以及在各個行業的應用前景。接著幫讀者理清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。在本書的*後，則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。

作者簡介

作者：楊振賢，信息繫統項目管理師（高級），畢業於北京大學軟件與微電子學院，2010年至今一直關注3D打印技術，並參與了國內代FDM打印機的研發工作。

第二作者：張磊，本科畢業於清華大學自動化專業，北京大學碩士研究生畢業。

第三作者：樊彬，獲中國科學院自動化所模式識別與智能繫統專業博士學位，任職於中國科學院自動化研究所，模式識別國家重點實驗室。

第1章 3D 打印概述
1.1 3D 打印技術發展歷史
1.2 3D 打印的優勢與劣勢
1.2.1 3D打印技術的六大優勢
1.2.2 3D打印技術的三大劣勢
1.3 3D 打印應用前景
1.3.1 模型設計
1.3.2 教育醫療
1.3.3 文化藝術
1.3.4 服裝食品
第2章 3D 打印的技術原理
2.1 熔融擠壓式FDM
2.1.1 技術原理
2.1.2 工藝過程第1章 3D 打印概述

1.1 3D 打印技術發展歷史

1.2 3D 打印的優勢與劣勢

    1.2.1 3D打印技術的六大優勢

    1.2.2 3D打印技術的三大劣勢

1.3 3D 打印應用前景

    1.3.1 模型設計

    1.3.2 教育醫療

    1.3.3 文化藝術

    1.3.4 服裝食品

第2章 3D 打印的技術原理

2.1 熔融擠壓式FDM

    2.1.1 技術原理

    2.1.2 工藝過程

    2.1.3 技術特點

    2.1.4 典型設備

2.2 層疊法成型LOM

    2.2.1 技術原理

    2.2.2 工藝過程

    2.2.3 技術特點

    2.2.4 典型設備

2.3 噴墨粘粉式3DP

    2.3.1 技術原理

    2.3.2 工藝過程

    2.3.3 技術特點

    2.3.4 典型設備

2.4 激光燒結式SLS

    2.4.1 技術原理

    2.4.2 工藝過程

    2.4.3 技術特點

    2.4.4 典型設備

2.5 光固化成型SLA

    2.5.1 技術原理

    2.5.2 工藝過程

    2.5.3 技術特點

    2.5.4 典型設備

第3章打印模型的準備

3.1 常用設計軟件及導出模型的方法

    3.1.1 Autodesk繫列

    3.1.2 I-DEAS

    3.1.3 Unigraphics

    3.1.4 SketchUp

    3.1.5 其他

3.2 STL 格式規範

    3.2.1 STL文件的ASCII碼格式

    3.2.2 STL文件的二進制格式

    3.2.3 二進制STL文件中的色彩描述

3.3 SketchUp 的使用

    3.3.1 軟件初始設置

    3.3.2 繪制簡單形狀

    3.3.3 繪制復雜形狀

    3.3.4 視圖操作工具

3.4 設計模型的後處理

第4章連接打印機並打印模型

4.1 獲取與安裝

4.2 設置及校正機器

    4.2.1 設置打印機

    4.2.2 校正打印頭

4.3 通過STL 文件進行打印

4.4 操作3D 模型

4.5 生成打印路徑

4.6 編輯配置項

    4.6.1 Skeinforge配置介紹

    4.6.2 Print-O-Matic配置介紹

    4.6.3 配置文件路徑

第5章開源3D 打印機——REPRAP

5.1 REPRAP 項目概述

5.2 REPRAP 典型架構設計

    5.2.1 機械框架

    5.2.2 電子部件

    5.2.3 配套軟件

5.3 MCode 規範概述

第6章 CONTENTS材料準備及獲取

6.1 定制材料清單

6.2 通用材料清單

第7章 DIY 屬於自己的3D 打印機

7.1 組裝三角支架

7.2 組裝前側螺紋杆

7.3 組裝後側螺紋杆

7.4 組裝頂部螺紋杆

7.5 緊固支架

7.6 組裝Y 軸框架

7.7 組裝X 軸框架

7.8 組裝Z 軸框架

7.9 安裝打印噴頭及打印臺

7.10 安裝電路控制

7.11 安裝驅動並打印測試

第8章打印工藝優化——切片引擎

8.1 切片引擎概述

    8.1.1 Skeinforge

    8.1.2 Slic3r

8.2 Skeinforge 的安裝及使用

8.3 詳解Skeinforge 常用的配置項

    8.3.1 變更、底面、切片及打印倉模塊

    8.3.2 夾縫、散熱、尺寸及收縮模塊

    8.3.3 輸出、填充、圓角及主頁模塊

    8.3.4 抬升、內凹、抖動及限制模塊

    8.3.5 底筏、打印速度及溫度模塊

8.4 GCode 規範概述

    8.4.1 GCode應用

    8.4.2 3D打印設備常用GCode編碼解析

附錄

常用打印材料及應用

前言

3D打印技術是具有工業革命意義的新興制造技術，它正逐步融入研發、設計、生產各個環節，是材料科學、制造工藝與信息技術的高度融合與創新，是推動生產方式向柔性化、綠色化發展的重要途徑，是補充優化傳統制造方式、催生生產新模式、新業態和新市場的重要手段。全球範圍內，很多研究者和企業家都在探討，3D打印是否會成為引發新一輪產業革命的顛覆性創新。
當前，3D打印技術已在軍事、醫療、裝備制造、消費電子、建築等多個領域起步應用，產業呈現快速增長勢頭。Wohlers Associates 預測，2015年全球產業規模有望達到3，到2020年可超過5（Wohlers Associates是美國一家有17年經驗的獨立資訊機構，重點研究方向為3D打印）。特別在消費品領域，3D打印市場潛力巨大，並且需求快速增長。歐美一些跨國零售商已經利用3D打印產品占領市場，為個人創意產品提供服務的桌面3D打印門店也陸續出現，作為3D打印知識庫的Thingiverse等網絡平臺的興起更加速推進了3D打印的普及和應用。此外，3D打印技術在醫療和裝備制造領域的產業化也在不斷推進，發展前景良好。3D打印技術是具有工業革命意義的新興制造技術，它正逐步融入研發、設計、生產各個環節，是材料科學、制造工藝與信息技術的高度融合與創新，是推動生產方式向柔性化、綠色化發展的重要途徑，是補充優化傳統制造方式、催生生產新模式、新業態和新市場的重要手段。全球範圍內，很多研究者和企業家都在探討，3D打印是否會成為引發新一輪產業革命的顛覆性創新。

當前，3D打印技術已在軍事、醫療、裝備制造、消費電子、建築等多個領域起步應用，產業呈現快速增長勢頭。Wohlers Associates 預測，2015年全球產業規模有望達到3，到2020年可超過5（Wohlers Associates是美國一家有17年經驗的獨立資訊機構，重點研究方向為3D打印）。特別在消費品領域，3D打印市場潛力巨大，並且需求快速增長。歐美一些跨國零售商已經利用3D打印產品占領市場，為個人創意產品提供服務的桌面3D打印門店也陸續出現，作為3D打印知識庫的Thingiverse等網絡平臺的興起更加速推進了3D打印的普及和應用。此外，3D打印技術在醫療和裝備制造領域的產業化也在不斷推進，發展前景良好。

我國3D打印技術雖然起步較晚，但是高性能金屬構件激光成型技術已經在裝備制造領域取得突出成果，達到水平，並在航空航天構件研制生產中得到實際應用。在小型機械模具及零件制造過程中，原型樣件快速成型制造得到較廣泛應用；在醫藥、消費品等領域,我國3D打印技術也已進入商業化起步階段。可以說，3D打印正在從實驗室走向應用、走向市場；不久之後，其影響也將進入千家萬戶、進入每個人的生活。更多的人需要去了解這一技術、認識其帶來的改變、思考我們能夠做些什麼、得到什麼。

楊振賢等幾位青年纔俊常年致力於前端領域的研究，以多年的學術沉積為依托，編寫了這本《3D打印從全面了解到親手制作》，繫統地講解了3D打印理論、相關軟硬件技術，甚至給出了從零開始自己組裝一臺3D打印機的步驟。該書的出版，對於普通讀者可以了解基本情況、激發興趣；對於有一定技術基礎的愛好者，可幫助組裝屬於自己的3D打印機，體會這一技術帶來的無限樂趣；對於專業性人員，可借此了解掌握不同3D打印設備采用的技術和工藝，以及應用前景、行業動態等，以在新一輪產業革命中把握先機、搶占制高點。

我堅信，本書可以使讀者開卷有益，相信作者的辛勤努力對於促進3D打印在中國的推廣和深化應用意義重大！

工業和信息化部電信研究院政策與經濟研究所

副所長辛勇飛

媒體評論

★《3D打印從全面了解到親手制作》這本書裡有關於親手做一款3D打印機的全面的引導。如果你有興趣，那你真的可以親手制作那麼一臺，如果你做成了，那我們願意花我們的資源、我們的視頻、我們的微信公眾號，幫你展示你的3D打印機。因為我們知道，你就是那個活在趨勢中的人。

——羅振宇（自媒體視頻脫口秀《羅輯思維》主講人）

★《3D打印從全面了解到親手制作》繫統地講解了3D打印理論、相關軟硬件技術，甚至給出了從零開始自己組裝一臺3D打印機的步驟。該書的出版，對於普通讀者可以了解基本情況、激發興趣；對於有一定技術基礎的愛好者，可幫助組裝屬於自己的3D打印機，體會這一技術帶來的無限樂趣；對於專業性人員，可借此了解掌握不同3D打印設備采用的技術和工藝，以及應用前景、行業動態等，以在新一輪產業革命中把握先機。

——辛勇飛（工業和信息化部電信研究院政策與經濟研究所副所長）

★《人民日報》：3D打印成為第三次工業革命重大標志。

★《連線》前主編克裡斯·安德森：為什麼我離開《連線》，因為3D打印是一件比互聯網更大的事情！

★美國總統奧巴馬：3D打印將給幾乎所有產品的制造方式帶來革命性變化。

在線試讀

1.2.1 3D打印技術的六大優勢
3D打印機與傳統的制造設備不同之處，在於其不像傳統制造設備那樣通過切割或模具塑造來制造物品。3D打印機通過層層堆積的方式來形成實體物品，恰好從物理的角度擴大了數字概念的範疇。當人們要求具有精確的內部凹陷或互鎖部分的形狀設計時，3D打印技術便具備了與生俱來的優勢。通過具體分析，我們認為3D打印技術至少包含了以下六個方面的優勢。
優勢1：高復雜度、多樣化物品的生產將不會增加成本
其實，3D打印設備制造一個形狀復雜的物品與打印一個簡單的方塊消耗成本是相同的。就傳統制造而言，物體形狀越復雜，制造成本越高。但對於3D打印機而言，制造形狀復雜的物品其成本並不會相應增長。制造一個華麗的、形狀復雜的物品也同打印一個相同體積、簡簡單單的方塊，所消耗的時間、原材料或成本都相差無幾。
像這種制造復雜物品而不增加成本的打印將從根本上打破傳統的定價模式，並改變我們整個制造業成本構成的方式。一臺3D打印機可以打印的形狀，甚至材料都可以有多種，它可以像經驗豐富的工匠一樣，每次都做出不同形狀的物品。而大部分傳統的制造設備功能都比較單一，能夠做出的形狀種類比較有限。3D打印機還將省去技術人員的培養成本和新設備的采購費用，當需生產一款新產品時，並不需要升級設備、培訓員工，而隻需要導入不同的數字設計文件和一批新的原材料就可以了。
優勢2：產品無須組裝、縮短交付時間
3D打印機還具備著可以使部件一體化成形的特點，這樣對減少勞動力和運輸方面的花費將有顯著地幫助。傳統的大規模生產是建立在產業鏈和流水線基礎上的，在現代化工廠中，機器生產出相同的零部件，然後由機器人或工人進行組裝。產品組成部件越多，供應鏈和產品線都將拉得越長，組裝和運輸所需要耗費的時間和成本就越多。而3D打印由於其生產特點，則可以做到同時打印一扇門以及上面的配套鉸鏈，從而可以一體化成形，無需再次組裝。3D打印能夠實現一體成型這一特點將可以很好地縮短供應鏈，在勞動力和運輸方面的大量成本。
同時，3D打印機還可以根據人們的需求按需打印，這樣將可以程度上減少庫存和運輸成本。這種即時生產不僅將帶來商業模式上的革新，同時其帶來的便利也將大大減少企業的實際庫存量，使得企業可以根據用戶的訂單來啟動3D打印機，制造出特別的或定制的產品來滿足客戶需求，許多新的商業模式將成為可能。如果人們所需的物品可以按需就近生產，那麼這種零庫存、零時間交付的生產方式還將可以限度地減少長途運輸成本。供應鏈越短、庫存和浪費則越少，生產制造對社會造成的污染也將越少，這些都將對減少社會污染有著極其顯著地幫助。1.2.1 3D打印技術的六大優勢

3D打印機與傳統的制造設備不同之處，在於其不像傳統制造設備那樣通過切割或模具塑造來制造物品。3D打印機通過層層堆積的方式來形成實體物品，恰好從物理的角度擴大了數字概念的範疇。當人們要求具有精確的內部凹陷或互鎖部分的形狀設計時，3D打印技術便具備了與生俱來的優勢。通過具體分析，我們認為3D打印技術至少包含了以下六個方面的優勢。

優勢1：高復雜度、多樣化物品的生產將不會增加成本

其實，3D打印設備制造一個形狀復雜的物品與打印一個簡單的方塊消耗成本是相同的。就傳統制造而言，物體形狀越復雜，制造成本越高。但對於3D打印機而言，制造形狀復雜的物品其成本並不會相應增長。制造一個華麗的、形狀復雜的物品也同打印一個相同體積、簡簡單單的方塊，所消耗的時間、原材料或成本都相差無幾。

像這種制造復雜物品而不增加成本的打印將從根本上打破傳統的定價模式，並改變我們整個制造業成本構成的方式。一臺3D打印機可以打印的形狀，甚至材料都可以有多種，它可以像經驗豐富的工匠一樣，每次都做出不同形狀的物品。而大部分傳統的制造設備功能都比較單一，能夠做出的形狀種類比較有限。3D打印機還將省去技術人員的培養成本和新設備的采購費用，當需生產一款新產品時，並不需要升級設備、培訓員工，而隻需要導入不同的數字設計文件和一批新的原材料就可以了。

優勢2：產品無須組裝、縮短交付時間

3D打印機還具備著可以使部件一體化成形的特點，這樣對減少勞動力和運輸方面的花費將有顯著地幫助。傳統的大規模生產是建立在產業鏈和流水線基礎上的，在現代化工廠中，機器生產出相同的零部件，然後由機器人或工人進行組裝。產品組成部件越多，供應鏈和產品線都將拉得越長，組裝和運輸所需要耗費的時間和成本就越多。而3D打印由於其生產特點，則可以做到同時打印一扇門以及上面的配套鉸鏈，從而可以一體化成形，無需再次組裝。3D打印能夠實現一體成型這一特點將可以很好地縮短供應鏈，在勞動力和運輸方面的大量成本。

同時，3D打印機還可以根據人們的需求按需打印，這樣將可以程度上減少庫存和運輸成本。這種即時生產不僅將帶來商業模式上的革新，同時其帶來的便利也將大大減少企業的實際庫存量，使得企業可以根據用戶的訂單來啟動3D打印機，制造出特別的或定制的產品來滿足客戶需求，許多新的商業模式將成為可能。如果人們所需的物品可以按需就近生產，那麼這種零庫存、零時間交付的生產方式還將可以限度地減少長途運輸成本。供應鏈越短、庫存和浪費則越少，生產制造對社會造成的污染也將越少，這些都將對減少社會污染有著極其顯著地幫助。

優勢3：制作技能門檻降低、設計空間無限

目前在傳統制造業中，培養一個嫻熟的工人往往需要很長的時間，而3D打印機的出現將可以顯著降低生產技能的門檻。通過在遠程環境或情況下批量生產，以及計算機控制制造，這些都將顯著降低對生產人員技能的要求。3D打印機從設計文件中自動分割計算出生產需要的各種指令集，制造同樣復雜的物品，3D打印機所需要的操作技能將比傳統設備少很多。這種擺脫原來高門檻的非技能制造業，將可以進一步引導出眾多新的商業模式，並能在遠程環境或情況下為人們提供新的生產方式。

從制造物品的復雜性來看，3D打印機相比傳統制造技術同樣具備優勢，甚至能制作出目前隻能存在於設計之中、人們在自然界未曾見過的形狀。傳統制造技術和工匠制造的產品形狀有限，制造形狀的能力受制於所使用的工具。例如，傳統的木制車床隻能制造圓形物品，軋機隻能加工用銑刀組裝的部件，制模機僅能制造模鑄形狀。而3D打印則有望突破這些局限，開闢巨大的設計和制造空間。

優勢4：不占空間、便攜制造

3D打印的優點還在於可以自由移動，並制造出比自身體積還要龐大的的物品。就單位生產空間而言，3D打印機與傳統制造設備相比，其制造能力和潛力都更加強大。例如，注塑機隻能制造比自身小很多的物品，與此相反，3D打印機卻可以制造和其打印臺一樣大的物品。3D打印機調試好後，打印設備還可以自由移動，打印制造出甚至比自身還要大的物品。由於其較高的單位空間生產能力，使得3D打印機更加適合家用或辦公使用，這些都是有賴於3D打印機所需更小物理空間這一優勢。

優勢5：節約原材料，並可以多種材料無限組合

相對於傳統的金屬制造技術來說，3D打印機制造時產生的副產品更少。傳統金屬加工有著十分驚人的浪費量，一些精細化生產甚至會造成90%原材料的丟棄浪費。相對來說3D打印機的浪費量將顯著減少。隨著打印材料的進步，“淨成形”制造可能取代傳統工藝成為更加節約環保的加工方式。

此外，原材料之間還可以任意組合，將不同原材料結合成單一產品對當今的制造機器而言是一項件技術難題，因為傳統的制造機器在切割或模具成型過程中難以將多種原材料結合在一起，但3D打印機則可以避開這一難題。相信隨著多材料3D打印技術的發展，我們有能力將不同原材料無縫融合在一起。以前無法混合的原料混合後將形成色調種類繁多，具有獨特的屬性和功能的全新材料。

優勢6：精確的實體復制

傳統的黑膠唱片和磁帶，往往隻能通過實體物理傳遞來確保信息不被丟失。而數字音樂文件的出現則帶來了革命性的變化，使得信息脫離了載體，可以被無休止地精確復制卻不會降低音頻質量。在將來，3D打印技術也將在整個生產制造領域，把數字精度延伸到實體世界之中。通過3D掃描技術和打印技術的運用，我們可以十分精確的對實體進行掃描、復制操作。掃描技術和3D打印技術將共同提高實體世界和數字世界之間形態轉換的分辨率，縮小實體世界和數字世界的距離。我們可以掃描、編輯和復制實體對像，創建精確的副本或優化原件。

以上部分優勢有的已經得到證實，有的可能會在未來的一二十年（或三十年）成為現實。3D打印將一次次突破人們熟悉的、歷史悠久的傳統制造技術的瓶頸，推陳出新，為整個人類社會今後的創新提供一個更加廣闊的舞臺。

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