3D打印：原理、技術(shù)與應(yīng)用

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 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　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)語對(duì)照表 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　230
附錄B　3D 打印機(jī)安裝測(cè)試與常見故障維修 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　234
B．1　3D 打印機(jī)安裝調(diào)試 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　234
B．2　3D 打印機(jī)常見故障與處理方法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　243
參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　250