《開源3D打印技術(shù)原理及應(yīng)用》從桌面開源3D打印技術(shù)原理及應(yīng)用這一角度出發(fā),全面闡述了開源3D打印技術(shù)的發(fā)展過程,3D打印技術(shù)的基本原理,開源3D打印機軟硬件系統(tǒng)的配置及構(gòu)成,3D模型的建模方法,實際打印過程中可能遇到的問題及解決方案;以開源3D打印機Rep Rap系列中的Prusa Mende 113為例重點討論了3D打印機的硬件構(gòu)成、固件程序配置、切片軟件的參數(shù)選擇及上位機使用方法,同時給出了整機安裝調(diào)試的過程對3D打印中的切片算法原理、STL文件格式、G-code代碼的構(gòu)成等給出了較為深入的分析與說明;對目前市場上存在的開源3D打印軟件產(chǎn)品進行了詳細介紹,并給出了使用樣例。
作為一門新興的生產(chǎn)技術(shù),3D打印正在逐漸進入公眾的視野,并改變著人類的生活。3D打印是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ),運用粉末狀金屬或塑料等材料,通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。與傳統(tǒng)的制造業(yè)相比,3D打印技術(shù)能夠更加高效地構(gòu)建出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物體,并且更加節(jié)約原材料。
隨著RepRap等開源項目的快速發(fā)展,桌面開源3D打印機的價格也越來越低,相應(yīng)的開源軟件及配套服務(wù)也日趨完善,3D打印的技術(shù)市場正在以極快的速度增長,越來越多的3D打印機開始進入普通家庭。對3D打印技術(shù)發(fā)展具有重大促進作用的開源3D打印項目RepRap最早源于英國,它是世界上第1臺多功能、能自我復(fù)制的機器,也是一種能夠打印塑料實物的3D打印機,目前該技術(shù)發(fā)展主要集中在國外的幾個發(fā)達國家,相應(yīng)的中文介紹開源3D打印技術(shù)的書籍還比較少。另外,開源3D打印技術(shù)的中文書籍側(cè)重點主要集中在已有的應(yīng)用上,而對于開源3D打印軟件的使用和開源3D打印硬件的組裝及實際打印過程的介紹則更少。
針對上述問題,本書以開源3D打印技術(shù)為切入點,深入淺出地介紹了3D打印的基本原理,開源軟硬件系統(tǒng)的配置及構(gòu)成,3D模型的構(gòu)建方法以及實際打印過程中可能遇到的問題,幫助讀者快速梳理出一個關(guān)于3D打印技術(shù)的清晰概念。
和其他同類書籍相比,本書更加側(cè)重于介紹桌面開源3D打印技術(shù)的發(fā)展,并從實際應(yīng)用出發(fā)介紹3D打印技術(shù)中包含的成型原理。第1章為3D打印技術(shù)的緒論,為讀者深入了解3D打印技術(shù)作鋪墊,這些技術(shù)包括3D打印技術(shù)的概念,3D打印技術(shù)的技術(shù)分類,3D打印材料范疇,以及3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)相比的優(yōu)勢與不足,最后以3D打印技術(shù)的發(fā)展歷史為結(jié)尾回顧其發(fā)展過程。第2章介紹了桌面開源3D打印技術(shù),以Arduino為切入點,介紹其對開源3D打印技術(shù)發(fā)展的貢獻,隨后引入其他常用的打印機控制板。在控制板介紹之后,本書還穿插進了現(xiàn)在市場上流行的幾種3D打印機類型及3D打印機品牌,最后以PrusaMende113的組裝實例為結(jié)尾幫助讀者從硬件上了解3D打印機的相關(guān)知識。第3章著重介紹了3D打印技術(shù)中常用的文件格式-STL文件格式,詳細講述了文件規(guī)則,以及生成過程中的常見錯誤,引入了比較流行的幾種STL文件分層(切片)處理的算法,為后面章節(jié)理解切片軟件及上位機軟件提供基礎(chǔ)支撐。在這之后,本書還簡單介紹了在工作時3D打印機開源軟件的應(yīng)用以及開源軟件和開源硬件通信的過程,以及打印機固件翻譯G-code代碼的管道式處理過程,同時在附錄里給出了常用的G-code代碼及含義,方便讀者查閱。第4章為開源3D打印技術(shù)的應(yīng)用,從開源桌面3D打印技術(shù)軟件的實際應(yīng)用出發(fā),介紹了模型的修補與轉(zhuǎn)換的實際操作,切片軟件的實際操作及切片軟件的實際配置參數(shù)。隨后詳細介紹了功能強大的Repetier-Host的使用以及其中許多功能,包括內(nèi)嵌的切片軟件使用、Repetier手動的參數(shù)控制功能、G-code代碼的編輯與插入功能等。第5章介紹了目前比較流行的3D模型網(wǎng)站,以及常見的建模軟件,最后以SketchUp和3dsMax為例講解了字牌的制作過程。第6章匯總了開源桌面3D打印機在使用過程經(jīng)常出現(xiàn)的問題以及解決辦法,最后簡單講解了打印材料的選擇以及后續(xù)模型的拋光問題,最后討論了3D打印技術(shù)還沒有很好解決的大型模型快速有效分割的問題,并以普林斯頓大學(xué)與中國科技大學(xué)提出的兩種模型分解算法進行了說明。
本書適用于想要理解或?qū)W習(xí)3D打印技術(shù)的朋友,同時也可作為相關(guān)領(lǐng)域研究人員和參考資料。參與本書編寫與校稿的有余迪、寧力、熊丹丘、李迪、彭曼、李欣羽、黃業(yè)輝等同學(xué),在編寫過程中還得到了國防工業(yè)出版社責(zé)任編輯的大力幫助,在此對這些編著者表示深深的謝意。同時感謝家人的大力支持和理解!
第1章 緒論
1.1 3D打印的概念
1.2 3D打印的技術(shù)流程
1.2.1 實物成型方法概述
1.2.2 自然界的3D打印技術(shù)
1.2.3 增材制造技術(shù)
1.2.4 3D打印技術(shù)分類
1.3 3D打印的原材料
1.4 3D打印與人們的生活
1.4.1 令人驚嘆的服裝
1.4.2 不可思議的食物
1.4.3 異想天開的房屋
1.4.4 瘋狂奔馳的汽車
1.5 3D打印與傳統(tǒng)制造業(yè)的比較
1.5.1 更高的靈活性
1.5.2 無限可能的材料來源
1.5.3 更強大的構(gòu)造能力
1.5.4 綜述
1.6 3D打印技術(shù)的發(fā)展史
1.7 RepRap的發(fā)展史
1.8 開源3D打印技術(shù)存在的相關(guān)爭議問題
第2章 開源3D打印硬件構(gòu)成及組裝
2.1 開源3D打印中的Arduino
2.1.1 Arduino的介紹
2.1.2 Arduino系列介紹
2.1.3 常見開源打印機的硬件電路
2,2主流3D打印機控制板對比
2.2.1 RAMPS系列控制板
2.2.2 Melzi系列控制板
2.2.3 Sanguinololu系列控制板
2.2.4 Printrboard系列控制板
2.3 桌面開源3D打印機的分類
2.3.1 開源社區(qū)RepRap的介紹
2.3.2 笛卡爾式3D打印機
2.3.3 并聯(lián)臂式3D打印機
2.3.4 旋轉(zhuǎn)平臺3D打印機
2.4 市面常見桌面3D打印機介紹
2.4.1 MakerBot系列
2.4.2 Ultimaker系列
2.4.3 PrusaMendel系列
2.5 RepRap開源硬件及組裝
2.5.1 PrusaMende113材料清單
2.5.2 PrusaMende113的組裝過程
2.5.3 固件的組裝和燒錄
2.5.4 電路板測試
第3章 3D打印中的切片原理與G-code
3.1 STL文件簡介
3.1.1 ASCII碼格式
3.1.2 二進制格式
3.2 STL格式遵循的規(guī)則及常見錯誤
3.2.1 STL模型文件遵循的一般規(guī)則
3.2.2 STL模型文件常見的錯誤
3.3 切片算法
3.3.1 基于STL模型的切片算法
3.3.2 基于幾何模型拓撲信息的STL切片算法
3.3.3 基于三角形面片幾何特征的STL切片算法
3.4 打印過程
3.4.1 打印系統(tǒng)
3.4.2 上位機部分
3.4.3 固件的定義
3.4.4 通信協(xié)議
3.4.5 G-code與G-code翻譯器
3.4.6 G-code處理管道
3.4.7 G-code代碼的讀取過程
第4章 常用3D打印軟件
4.1 模型的轉(zhuǎn)換與修補
4.1.1 將其他格式轉(zhuǎn)換成STL文件格式
4.1.2 利用NetfabbBasic對模型進行修補
4.2 切片
4.2.1 模型預(yù)覽與修改
4.2.2 模型調(diào)整
4.2.3 切片設(shè)置
4.2.4 高級設(shè)置
4.3 上位機軟件的作用及定義
4.4 打印機的配置
4.4.1 單位設(shè)置
4.4.2 模型文件的導(dǎo)入
4.4.3 模型的瀏覽
4.4.4 模型放置
4.4.5 選擇和移動模型
4.5 設(shè)置切片軟件
4.6 手動控制
4.7 G-code編輯器
4.7.1 編輯器的元素
4.7.2 G-code起始代碼與結(jié)束代碼
4.7.3 中止/暫停任務(wù)后繼續(xù)運行
4.8 使用Repetier過程中常見問題
4.8.1 打印機的連接問題
4.8.2 上位機在啟動開始的時候崩潰
4.8.3 上位機設(shè)置
第5章 3D打印模型網(wǎng)站與軟件建模
5.1 3D打印模型網(wǎng)站
5.1.1 Thingiverse
5.1.2 YournagiIle
5.1.3 Myminifactory
5.1.4 打印虎
5.1.5 523DP
5.2 STL文件模型建模
5.2.1 參數(shù)化建模軟件
5.2.2 CG建模軟件
5.3 構(gòu)建模型實例
第6章 3D打印技巧雜項說明
6.1 打印機平臺的校準(zhǔn)
6.1.1 校準(zhǔn)前準(zhǔn)備工作
6.1.2 校準(zhǔn)步進電機
6.1.3 擠出頭和熱床的相對位置粗調(diào)
6.1.4 擠出頭的水平調(diào)節(jié)
6.1.5 擠出頭和熱床的相對位置細調(diào)與熱床的調(diào)平
6.1.6 打印測試3D模型
6.2 3D打印機的保養(yǎng)與維護
6.2.1 開機前的檢查
6.2.2 打印過程中的檢查
6.2.3 打印完成后的維護
6.3 絲料無法附著在熱床上
6.4 模型錯位及產(chǎn)生的原因
6.5 3D打印作品拋光
6.5.1 ABS材料作品的拋光
6.5.2 PLA材料作品的拋光
6.6 3D打印材料的選擇
6.6.1 ABS材料
6.6.2 PLA材料
6.7 3D模型的分解
附錄 G-code代碼含義注解
參考文獻