3D列印技術揭秘 吳瑜鵬 熊金泉 9787576238785 【台灣高等教育出版社】

目錄

第一章 3D打印簡介/001
1 13D打印介紹/001
1 23D打印過程/002
1 33D打印應用領域/003
第二章 3D的發展歷程/013
2 13D打印的前世/013
2 23D打印的今生 /016
2 33D打印的未來/021
第三章 3D打印關鍵技術/023
3 13DP技術/023
3 2SLS技術/026
3 3SLA技術/029
3 4FDM技術/032
3 5SLM技術/035
3 6 LDM技術 /038
3 7LENS技術/040
3 8 DLP技術 /043
第四章 3D打印的工業應用/047
4 13D打印對工業設計的影響 /047
4 23D打印技術工藝分類 /048
4 3 3D打印應用于智能製造 /066
4 43D打印未來發展趨勢/070
第五章 創客與3D打印技術/072
5 1創客文化/072
5 2DIY打印機 /076
5 33D打印與少兒編程教育/082
5 43D打印少兒編程教學素材與案例/090
參考文獻/112

前言/序言
3D打印技術是一種新興增材製造技術，它已經從前期新興的爆
髮式增長時入了應用的穩健時期。3D打印技術是在傳統的材料科學、製造技術與信息技術的基礎上孵化出來的，是這三大產業高度融合和創新的產物，現如今已融入產品的研發、設計、生產的各個環節 。大家已經不再考慮用或不用3D打印技術，只會考慮如何使用、
如何在3D打印技術上依據本行業的特點創新地應用。3D打印技術是推動生產方式向定制化、快速化發展的重要途徑，是優化、補充傳統製造方法，催生生產新模式、新業態和新市場的重要手段。當前，3D打印技術已逐步應用在裝備製造、機械電子、軍事、、建築、食品等多個領域。
本團隊是江西早接觸3D打印技術的團隊之一。從企業考察
到參加展會，再到嘗試組裝簡單的3D打印機，團隊一直在研究3D打印及行業的發展。15年，團隊申報立項國家自然科學項目”基於特徵建模的陶瓷產品三維設計與可視化”，還申報並立項了”基於Android的3D打印陶瓷定制系統研發”“3D打印中三維快速設計成型軟件系統的研發”“陶瓷產品三維計算機設計與可視化系統開發”等一系列省級項目。16年，團隊開始籌備並建成校級”3D打印實驗室”，給教學科研人員提供了一個良好的研究平臺。
由於學院是師範類性質，所以本團隊基於3D打印實驗室孵化了一個師範生的社會實踐項目—”創客夏令營”。該項目從19年暑假開始與地方教體局合作主辦公益性質的創客夏令營，讓培育好的師範大學生團隊在暑期手把手教四年級至九年級的中小學生學造型的少兒編程，並現場展示3D打印實體模型。”創客夏令營”既培養了大學生的教學能力，也給中小學生提供了一個科技的創新平臺，是個雙贏的項目。
本書是國家自然科學項目”基於特徵建模的陶瓷產品三維設計與可視化”（615663）的後期成果。作者結合從事3D打印技術
應用的切身體會和研究成果編寫了本書，旨在讓讀者快速瞭解3D打印行業。本書尤其適合研究中小學創客教育的老師參考閱讀。
本書由團隊負責人熊金泉指導，吳瑜鵬負責撰稿、統稿。參與本書校稿工作的有程煒、翟雯麗、陳雯佳、賀金蘭、米聖楠、詹婧儀、王春秀、孫林、張泉華、樊宇鑫、張觀發等同學。
在此感謝所有在本書編寫過程中給予過幫助的專家、教師、學生們。由於編者水平有限，不足之處在所難免，歡迎各位讀者批評、指正。

摘要
第一章 3D打印簡介
1 13D打印介紹
3D打印(three dimensional printing)是快速成型技術的一種，又稱增材製造。它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。
3D打印通常是採用數字技術材料打印機來實現的，常在模具製造、工業設計等領域用於製造模型，後逐漸用於一些產品的直接製造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建築、工程和施工（AEC）、汽車、、牙科和產業、教育、地理信息系統、土木工程等領域都有所應用。
日常生活中使用的普通打印機可以打印電腦設計的平面物品，而3D打印機與普通打印機工作原理基本相同，只是打印材料有些不同：普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同
的”打印材料”，是實實在在的”原材料”。3D打印機與電腦連接後，通過電腦控制可以把”打印材料”一層層疊加起來，終把計算機上的藍圖變成實物。通俗地說，3D打印機是可以”打印”出真實的3D物體的一種設備，可以打印一個機器人、一輛玩具車，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為”打印機”是因為其分層加工的過程與噴墨打印十分相似。這項打印技術被稱為3D立體打印技術。
3D打印有許多不同的技術類型。它們的不同之處在於所使用的材料
及方式。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料等。
“3D打印的確更適合一些小規模製造，尤其是高端的定制化產品，比如汽車零部件製造。雖然主要材料還是塑料，但未來金屬材料肯定會被運用到3D打印中來。”克倫普說來，3D打印技術先人了牙醫、珠寶、
行業，未來可應用的範圍會越來越廣。14年11月末，3D打印技術被《時代》週刊評為14年25項年度佳發明之一。對消費者和企業而言，這是一種福音。僅在過去一年中，中學生們3D打印了用於物理課實驗的火
車車廂，科學家們3D打印了人類器官組織，通用電氣公司則使用3D打印技
術了其噴氣引擎的效率。美國三維系統公司的3D打印機能打印糖果和樂器等，該公司首席執行官阿維 賴興塔爾說：”這的確是一種巧奪天工
的技術。”
1 23D打印過程
1 2 1三維設計
3D打印的設計過程是：先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型”分區”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印。
設計軟件和打印機之間協作的標準文件格式是SIL(Stereolithography，光固化立體造型術的縮寫)。一個STL文件使用三角面來近似模擬物體的
表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產生三
維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經常被用作全彩打印的輸人文件。
1 2 2切片處理
打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層打印出來，再將各層截面以各種方式黏合起來，從而製造出一個實體。這種技術的特點在於其幾乎可以造出任何形狀的物品。
打印機打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向(即X-Y方向)的
分辨率是以DPI(每英像素點數）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0 1毫米，也有部分打印機如Objet Connex 系列、三維 Systems' ProJet系列，可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的”墨水滴”的直徑通常為30-100微米。
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