基於3D打印技術的產品創新設計與研發前言
3D打印技術最早稱為快速成形技術或快速原型制造技術，誕生於20世紀80年代後期，是在現代CAD/CAM技術、機械工程技術、分層制造技術、激光技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術，以及新材料技術的基礎上集成發展起來的一種先進制造技術。可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或直接制造零件，從而為零件原型制作、新設計思想的校驗等提供一種高效低成本的實現手段。
傳統制造技術是“減材制造技術”，3D打印則是“增材制造技術”，它具有數字制造、分層制造、堆積制造、直接制造、快速制造等明顯特點。3D打印技術內容涵蓋了產品生命周期前端的“快速原型”和全生產周期的“快速制造”相關的所有打印工藝、技術、設備和應用。
移動互聯網、大數據、雲計算、數字化設計與制造、開源軟硬件、3D打印等新技術的出現，讓社會大眾可以方便地將創意快速轉化為現實產品，大大降低創新創造的門檻和成本。3D打印技術、機器人技術、可穿戴計算技術、智能材料技術及開源硬件技術等正在賦予人類更強的創造發明的力量。
當前，市場競爭愈演愈烈，產品更新換代加速。制造業企業要保持新產品在國內外市場的競爭力，迫切需要在新產品開發中加大投入力度、增強創新意識的同時，積極采用先進的創新手段。3D打印技術為新產品研發提供了一條極具成本價值的路徑並能夠完成反復的設計迭代，在關鍵開發的初始階段，及時掌握產品設計反饋的信息，對新產品設計極有幫助，不僅可以迅速修改，降低成本，而且能夠縮短新產品的上市時間，很快取得社會效益和經濟效益。產品原型制作由於能夠優化新產品的設計和開發，有效地縮短新產品研發周期，提升研發成功率，因而在新產品研發中得到了廣泛的應用。3D打印技術在新產品設計與研發中的應用主要分為三個方面：一是快速原型制作，二是新產品開發過程中的設計驗證與功能驗證，三是終端產品直接制造。
如何充分利用3D打印技術的優勢，結合新產品創新設計與研發，改革傳統工程教育模式，繫統性地培養新產品研發工程師的新產品創新設計與研發能力？本書結合編者近五年的教學改革和科研實踐經驗，繫統地探索上述問題的現實解決之道。本書正是立足於新產品研發工程師創新設計與研發能力培養為本的全新視覺，闡述在高等工程教育中，基於3D打印技術培養新產品研發工程師的現實途徑。
本書既是編者五年3D打印技術理論研究與實踐探索的結晶，也是江西省“卓越工程師教育計劃”試點專業多年來人纔培養模式改革的成果總結，更是近年來基於3D打印技術培養創新研發型新產品研發工程師的實踐經驗總結。本書的特點主要表現在以下方面：
先進性。編者在3D打印技術掀起第三次工業革命的背景下，面向新產品研發工程師的教育培養，繫統性地介紹了前沿性的3D打印工藝，並開拓性地提出3D打印新技術在創意產品、機器人產品和機電產品中的應用。
綜合性。本書研究的內容注重機械工程、工業設計、材料工程、增材制造等多學科知識與工程技術的交叉滲透，打破傳統專業門類對學生知識結構和能力體繫的束縛，突破傳統學科、專業培養體繫的樊籬，力求基於新產品研發的生命周期理論和模式，培養具有高創造性的新產品研發工程師。
創造性。本書所涉及的多個新產品創新設計與研發工程案例均來源於工程實際，具有新穎性、獨特性和創造性，其中多項產品申請了發明專利與實用新型專利，大部分目前已經獲得國家知識產權局的專利授權。創造性運用3D打印技術開展多項新產品研發的工程創造實踐，重點培養工科學生的新產品創新設計與研發能力。
借鋻性。本書所采用的新產品創新設計與研發方法是編者五年來在高等工程教育人纔培養模式改革實踐中不斷反思、總結、提煉和優化的教育新成果。多年的工程教育改革實踐表明：3D打印技術、三維數字化技術和開源硬件技術的融合與創新應用，不僅激發了工科學生的學習興趣與創造熱情，而且大幅度提高了學生的工程實踐能力、數字化產品開發技術應用能力、產品創新設計與研發能力，為制造業企業轉型升級的需要，培養了一批產品創新設計與研發人纔。
基於上述特點，編者期待本書不僅能夠為高校創新型工程科技人纔培養的教育管理人員、廣大教師和學生，企業從事新產品研發工作的管理人員、工程技術人員，以及高等工程教育研究者提供有價值的參考，而且能為政府教育行政管理部門、行業機構、企業組織及其他利益相關者提供有價值的建議和參考。
本書力求嚴謹細致，然而，限於編者的水平及新產品研發工作的復雜性、艱巨性和長期性，本書一定存在缺點和不足，期待能夠得到兄弟院校的同人、企業和社會各界專家學者的批評指正。
在本書寫作過程中，得到了編者的學生創客李雲蘭、梅永亮、趙國建、王春喜、徐文超、姚志良、杜巧勇、劉文祥等的鼎力相助，梅永亮負責了差速器智能演示小車的研發工作，李雲蘭負責了教育機器人和創意花瓶的研發工作，趙國建、王春喜負責了創意筆筒的研發工作，徐文超負責了微型硬幣清分機的研發工作。他們在編者的創客教育培養理念下不斷成長，在新產品研發中集體表現出的開拓進取精神與創新實踐能力讓身為導師的編者倍感欣慰，在此一並表示衷心的感謝，感謝他們為新產品研發所付出的汗水與智慧，感謝他們讓編者的創客教育改革積累了寶貴的實踐經驗，更感謝他們讓編者更加堅定了自己的創客教育理想。
希望本書的出版不僅能夠聚焦和引導人們對3D打印技術創新工程教育人纔培養模式的關注點，而且能夠切實可行地為新產品研發工程師等優秀工程科技人纔培養的改革和發展起到拋磚引玉的作用，為推動教育部“卓越工程師教育培養計劃”的順利有效實施盡綿薄之力。
編者2015年12月目錄目錄
