本書(shū)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(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)各大媒體爭(zhēng)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(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................. 10
2.2.1 國(guó)外3D 打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 .................................... 10
2.2.2 國(guó)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(guó)制造2025 ................................................ 13
2.3.1 中國(guó)制造2025 .............................................................. 13
2.3.2 3D 打印與中國(guó)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(shù)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(guó)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(jiǎn)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(jiǎn)介 ............................................................. 65
5.2.1 3ds Max 簡(jiǎn)介與STL 建模實(shí)例 ................................... 65
5.2.2 UG 簡(jiǎn)介與STL 建模實(shí)例 ........................................... 70
5.2.3 Pro Engineer 簡(jiǎn)介與STL 建模實(shí)例 ............................ 79
5.2.4 SolidWorks 簡(jiǎn)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(jiǎn)介 ........................................................... 100
6.1.1 3D 打印機(jī)固件開(kāi)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(jiǎn)介與應(yīng)用 ......................................................... 151
7.2 CUDA 編程技術(shù)簡(jiǎn)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(xiě)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(jiǎn)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(jiǎn)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(chǎng)趨勢(shì)分析 .................................. 188
8.3.1.2 個(gè)性化定制商品的市場(chǎng)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(jiǎn)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(lái) ........................................... 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(jiǎn)介 ................................................................. 228
附錄A 中英文術(shù)語(yǔ)對(duì)照表 ........................................................ 230
附錄B 3D 打印機(jī)安裝測(cè)試與常見(jiàn)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(jiàn)故障與處理方法 ........................................... 243
參考文獻(xiàn)................................................... 250