3D打印原理.技术与应用

目　录

第1　章 引论 ...................................................................................　1

第２章　3D 打印技术的起源与发展 ..............................................　6

2.1　3D 打印技术的基本原理与起源 ...............................................　6

2.2　3D 打印技术国内外发展现状 .................................................　10

2.2.1　国外3D 打印技术的发展现状 ....................................　10

2.2.2　国内3D 打印技术的发展现状 ....................................　11

2.3　3D 打印技术与中国制造2025 ................................................　13

2.3.1　中国制造2025 ..............................................................　13

2.3.2　3D 打印与中国制造2025 ............................................　14

第３章　3D 打印机系统结构与控制系统 ..............................................19

3.1　通用3D 打印机硬件系统概述 ................................................　19

3.1.1　3D 打印机机械结构系统 .............................................　20

3.1.1.1　电机 ................................................................　20

3.1.1.2　电源 ................................................................　24

3.1.1.3　导轨 ................................................................　25

3.1.1.4　丝杠 ................................................................　25

3.1.1.5　加热板/ 热床 .................................................　27

3.1.1.6　挤出机 ............................................................　28

3.1.1.7　机身结构 ........................................................　30

3.1.2　3D 打印机硬件控制系统 .............................................　36

3.2　通用3D 打印机软件控制系统 ................................................　38

第4　章 3D 打印技术及材料分类与应用 ..............................................43

4.1　3D 打印技术分类 .....................................................................　43

4.1.1　熔融沉积成型技术 .......................................................　43

4.1.2　选择性激光烧结技术 ...................................................　44

4.1.3　激光选区熔化成型技术 ...............................................　45

4.1.4　光固化立体成型技术 ...................................................　47

4.1.5　分层实体制造技术 .......................................................　48

4.1.6　三维打印成型技术 .......................................................　49

4.1.7　其他3D 打印技术 ........................................................　51

4.2　3D 打印材料分类 .....................................................................　55

4.2.1　3D 打印材料物理状态分类 .........................................　55

4.2.2　3D 打印材料化学性能分类 .........................................　55

4.2.3　3D 打印材料成型方法分类 .........................................　55

4.3　各类打印材料及其应用 ...........................................................　56

4.3.1　3D 打印工程塑料 .........................................................　56

4.3.2　3D 打印光敏树脂 .........................................................　58

4.3.3　3D 打印橡胶类材料 .....................................................　58

4.3.4　3D 打印金属材料 .........................................................　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　我国3D 打印材料技术发展的现状与机遇 ............................　62

第5　章 3D 打印数据处理与通用建模软件概览 .......................　63

5.1　3D 打印数据处理 .....................................................................　63

5.1.1　STL 格式简介 ...............................................................　63

5.1.2　3D 打印数据处理流程 .................................................　64

5.2　3D 建模通用软件简介 .............................................................　65

5.2.1　3ds Max 简介与STL 建模实例 ...................................　65

5.2.2　UG 简介与STL 建模实例 ...........................................　70

5.2.3　Pro/Engineer 简介与STL 建模实例 ............................　79

5.2.4　SolidWorks 简介与STL 建模实例 ..............................　89

第6　章 3D 打印编程技术与通用算法 .....................................　100

6.1　3D 打印编程技术简介 ...........................................................　100

6.1.1　3D 打印机固件开发环境 ...........................................　100

6.1.2　3D 打印与Gcode ........................................................　105

6.2　3D 打印技术相关算法 ...........................................................　111

6.2.1　3D 打印分层切片处理 ...............................................　111

6.2.1.1　STL 切片算法 ..............................................　111

6.2.1.2　STL 文件结构与操作处理编程 ..................　114

6.2.1.3　基于CuraEngine 的3D 模型切片 ..............　123

6.2.2　扫描路径生成与填充算法 .........................................　130

6.2.3　支撑生成算法 .............................................................　137

6.2.4　成型方向与算法优化概述 .........................................　146

第7　章 3D 打印云芯片与云切片技术 .....................................　150

7.1　云控制芯片简介与应用 .........................................................　151

7.2　CUDA 编程技术简介 .............................................................　154

7.2.1　CUDA 概述 .................................................................　154

7.2.2　GPU 架构概述 ............................................................　157

7.2.3　CUDA 与并行计算 .....................................................　157

7.2.3.1　建立CUDA 编程环境 .................................　158

7.2.3.2　CUDA 编程架构优缺点 ..............................　162

7.3　CUDA 编程实例 .....................................................................　165

7.3.1　编写**个CUDA 程序 ............................................　165

7.3.2　CUDA 并行编程 .........................................................　167

7.4　基于CUDA 架构的3D 模型切片 .........................................　170

7.4.1　CUDA 多核编程API 简介 ........................................　170

7.4.2　CUDA 架构模型切片处理流程 .................................　172

第8　章 3D 打印云平台与个性化定制 .....................................　175

8.1　构建3D 打印生态云平台 ......................................................　175

8.1.1　3D 打印云生态系统 ...................................................　175

8.1.1.1　云计算技术简介 ..........................................　175

8.1.1.2　基于云计算架构的3D 打印生态系统 .......　178

8.1.2　3D 打印生态系统用户群 ...........................................　181

8.2　云平台个性化定制服务系统 .................................................　182

8.2.1　云创意设计中心 .........................................................　184

8.2.2　云打印中心 .................................................................　185

8.2.3　周边服务交易中心 .....................................................　187

8.3　分布式云打印与个性化定制 .................................................　188

8.3.1　3D 打印与个性化定制 ...............................................　188

8.3.1.1　个性化市场趋势分析 ..................................　188

8.3.1.2　个性化定制商品的市场容量 ......................　189

8.3.1.3　3D 打印生态系统的个性化服务流程 ........　191

8.3.2　3D 打印智能制造云平台管理系统简介 ...................　192

第9　章 工业4.0 与3D 打印 .....................................................　197

9.1　工业4.0 概述 ..........................................................................　197

9.1.1　“工业4.0”概念的由来 ...........................................　197

9.1.2　“工业4.0”的核心技术与行业影响 .......................　199

9.2　3D 打印技术在工业4.0 中的重要作用 ................................　209

第10　章 3D 打印技术应用展望 ...............................................　213

10.1　3D 打印技术应用 .................................................................　213

10.1.1　3D 打印时代的生活 .................................................　213

10.1.2　3D 打印时代的教育 .................................................　219

10.1.3　3D 打印时代的制造 .................................................　223

10.1.4　3D 打印时代的知识产权 .........................................　225

10.2　3D 打印时代的机遇与挑战 .................................................　226

10.3　4D 打印技术简介 .................................................................　228

附录A　中英文术语对照表 ........................................................　230

附录B　3D 打印机安装测试与常见故障维修 ..........................　234

B.1　3D 打印机安装调试 ...............................................................　234

B.2　3D 打印机常见故障与处理方法 ...........................................　243

参考文献...................................................　250