![開源3D打印技術原理及應用 [Open Source 3D Printing Technology Theory and Applications]](https://pic.qciss.net/11969970/57ac4891N0aac6dde.jpg)
具體描述
內容簡介
《開源3D打印技術原理及應用》從桌麵開源3D打印技術原理及應用這一角度齣發，全麵闡述瞭開源3D打印技術的發展過程，3D打印技術的基本原理，開源3D打印機軟硬件係統的配置及構成，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係列中的Prusa Mende 113為例重點討論瞭3D打印機的硬件構成、固件程序配置、切片軟件的參數選擇及上位機使用方法，同時給齣瞭整機安裝調試的過程對3D打印中的切片算法原理、STL文件格式、G-code代碼的構成等給齣瞭較為深入的分析與說明；對目前市場上存在的開源3D打印軟件産品進行瞭詳細介紹，並給齣瞭使用樣例。內頁插圖
目錄
第1章 緒論1．1 3D打印的概念
1．2 3D打印的技術流程
1．2．1 實物成型方法概述
1．2．2 自然界的3D打印技術
1．2．3 增材製造技術
1．2．4 3D打印技術分類
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打印與傳統製造業的比較
1．5．1 更高的靈活性
1．5．2 無限可能的材料來源
1．5．3 更強大的構造能力
1．5．4 綜述
1．6 3D打印技術的發展史
1．7 RepRap的發展史
1．8 開源3D打印技術存在的相關爭議問題
第2章 開源3D打印硬件構成及組裝
2．1 開源3D打印中的Arduino
2．1．1 Arduino的介紹
2．1．2 Arduino係列介紹
2．1．3 常見開源打印機的硬件電路
2，2主流3D打印機控製闆對比
2．2．1 RAMPS係列控製闆
2．2．2 Melzi係列控製闆
2．2．3 Sanguinololu係列控製闆
2．2．4 Printrboard係列控製闆
2．3 桌麵開源3D打印機的分類
2．3．1 開源社區RepRap的介紹
2．3．2 笛卡爾式3D打印機
2．3．3 並聯臂式3D打印機
2．3．4 鏇轉平颱3D打印機
2．4 市麵常見桌麵3D打印機介紹
2．4．1 MakerBot係列
2．4．2 Ultimaker係列
2．4．3 PrusaMendel係列
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 電路闆測試
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 二進製格式
3．2 STL格式遵循的規則及常見錯誤
3．2．1 STL模型文件遵循的一般規則
3．2．2 STL模型文件常見的錯誤
3．3 切片算法
3．3．1 基於STL模型的切片算法
3．3．2 基於幾何模型拓撲信息的STL切片算法
3．3．3 基於三角形麵片幾何特徵的STL切片算法
3．4 打印過程
3．4．1 打印係統
3．4．2 上位機部分
3．4．3 固件的定義
3．4．4 通信協議
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 模型的轉換與修補
4．1．1 將其他格式轉換成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 模型預覽與修改
4．2．2 模型調整
4．2．3 切片設置
4．2．4 高級設置
4．3 上位機軟件的作用及定義
4．4 打印機的配置
4．4．1 單位設置
4．4．2 模型文件的導入
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 設置切片軟件
4．6 手動控製
4．7 G-code編輯器
4．7．1 編輯器的元素
4．7．2 G-code起始代碼與結束代碼
4．7．3 中止／暫停任務後繼續運行
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 上位機在啓動開始的時候崩潰
4．8．3 上位機設置
第5章 3D打印模型網站與軟件建模
5．1 3D打印模型網站
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 參數化建模軟件
5．2．2 CG建模軟件
5．3 構建模型實例
第6章 3D打印技巧雜項說明
6．1 打印機平颱的校準
6．1．1 校準前準備工作
6．1．2 校準步進電機
6．1．3 擠齣頭和熱床的相對位置粗調
6．1．4 擠齣頭的水平調節
6．1．5 擠齣頭和熱床的相對位置細調與熱床的調平
6．1．6 打印測試3D模型
6．2 3D打印機的保養與維護
6．2．1 開機前的檢查
6．2．2 打印過程中的檢查
6．2．3 打印完成後的維護
6．3 絲料無法附著在熱床上
6．4 模型錯位及産生的原因
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
前言/序言
作為一門新興的生産技術，3D打印正在逐漸進入公眾的視野，並改變著人類的生活。3D打印是一種以數字模型為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。與傳統的製造業相比，3D打印技術能夠更加高效地構建齣具有復雜結構的物體，並且更加節約原材料。隨著RepRap等開源項目的快速發展，桌麵開源3D打印機的價格也越來越低，相應的開源軟件及配套服務也日趨完善，3D打印的技術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傢庭。對3D打印技術發展具有重大促進作用的開源3D打印項目RepRap最早源於英國，它是世界上第1颱多功能、能自我復製的機器，也是一種能夠打印塑料實物的3D打印機，目前該技術發展主要集中在國外的幾個發達國傢，相應的中文介紹開源3D打印技術的書籍還比較少。另外，開源3D打印技術的中文書籍側重點主要集中在已有的應用上，而對於開源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打印技術為切入點，深入淺齣地介紹瞭3D打印的基本原理，開源軟硬件係統的配置及構成，3D模型的構建方法以及實際打印過程中可能遇到的問題，幫助讀者快速梳理齣一個關於3D打印技術的清晰概念。
和其他同類書籍相比，本書更加側重於介紹桌麵開源3D打印技術的發展，並從實際應用齣發介紹3D打印技術中包含的成型原理。第1章為3D打印技術的緒論，為讀者深入瞭解3D打印技術作鋪墊，這些技術包括3D打印技術的概念，3D打印技術的技術分類，3D打印材料範疇，以及3D打印技術與傳統製造業相比的優勢與不足，最後以3D打印技術的發展曆史為結尾迴顧其發展過程。第2章介紹瞭桌麵開源3D打印技術，以Arduino為切入點，介紹其對開源3D打印技術發展的貢獻，隨後引入其他常用的打印機控製闆。在控製闆介紹之後，本書還穿插進瞭現在市場上流行的幾種3D打印機類型及3D打印機品牌，最後以PrusaMende113的組裝實例為結尾幫助讀者從硬件上瞭解3D打印機的相關知識。第3章著重介紹瞭3D打印技術中常用的文件格式-STL文件格式，詳細講述瞭文件規則，以及生成過程中的常見錯誤，引入瞭比較流行的幾種STL文件分層（切片）處理的算法，為後麵章節理解切片軟件及上位機軟件提供基礎支撐。在這之後，本書還簡單介紹瞭在工作時3D打印機開源軟件的應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，同時在附錄裏給齣瞭常用的G-code代碼及含義，方便讀者查閱。第4章為開源3D打印技術的應用，從開源桌麵3D打印技術軟件的實際應用齣發，介紹瞭模型的修補與轉換的實際操作，切片軟件的實際操作及切片軟件的實際配置參數。隨後詳細介紹瞭功能強大的Repetier-Host的使用以及其中許多功能，包括內嵌的切片軟件使用、Repetier手動的參數控製功能、G-code代碼的編輯與插入功能等。第5章介紹瞭目前比較流行的3D模型網站，以及常見的建模軟件，最後以SketchUp和3dsMax為例講解瞭字牌的製作過程。第6章匯總瞭開源桌麵3D打印機在使用過程經常齣現的問題以及解決辦法，最後簡單講解瞭打印材料的選擇以及後續模型的拋光問題，最後討論瞭3D打印技術還沒有很好解決的大型模型快速有效分割的問題，並以普林斯頓大學與中國科技大學提齣的兩種模型分解算法進行瞭說明。
本書適用於想要理解或學習3D打印技術的朋友，同時也可作為相關領域研究人員和參考資料。參與本書編寫與校稿的有餘迪、寜力、熊丹丘、李迪、彭曼、李欣羽、黃業輝等同學，在編寫過程中還得到瞭國防工業齣版社責任編輯的大力幫助，在此對這些編著者錶示深深的謝意。同時感謝傢人的大力支持和理解！
用戶評價
這本書我還沒來得及深入翻閱，但光是目錄和簡介就讓我對它充滿瞭好奇。一直以來，3D打印技術就以其顛覆性的潛力吸引著我，而“開源”這個詞更是讓我眼前一亮。我想象著這本書會如何細緻地剖析3D打印背後的核心原理，比如FDM、SLA、SLS這些主流技術，它們各自的優勢劣勢，以及材料科學在其中扮演的關鍵角色。我尤其期待書中關於打印機的硬件構造、步進電機、熱端、主闆控製等方麵的詳細講解，是否會像拆解一颱精密儀器一樣，讓我們看清每一顆螺絲釘的作用。還有，開源軟件的部分，Slicer軟件（如Cura、PrusaSlicer）的算法、切片邏輯，以及固件（如Marlin、RepRapFirmware）的實現，是否會涉及到代碼層麵的解讀，或者至少是邏輯層麵的深入剖析，讓我明白為何同一個模型，在不同的軟件或設置下，打印效果會天差地彆。此外，書中關於3D打印在科研、醫療、航空航天、藝術設計等領域的應用案例，我希望能看到一些真正具有前瞻性和啓發性的例子，而不僅僅是停留在“打印一個杯子”的層麵。我希望作者能夠提供一些實際的操作指導，比如從建模到切片再到打印過程中可能遇到的常見問題及解決方案，甚至是一些進階的技巧，讓讀者能夠真正上手，從理論走嚮實踐。這本書的厚度和內容的詳實程度，讓我預感它會是一本值得反復研讀的工具書，能夠在日後的學習和實踐中提供源源不斷的幫助。
評分我拿到這本書的時候，首先被它沉甸甸的質感所吸引，這通常意味著內容相當紮實。雖然我並非3D打印領域的專傢，但對這項技術一直抱有濃厚的興趣，尤其是它在“開源”模式下的發展。我非常期待書中能夠詳細闡述3D打印的物理學基礎，比如熔融擠齣（FDM）中的熱力學變化、光固化（SLA/DLP）中光化學反應的原理，以及選擇性激光燒結（SLS）中粉末材料的特性和激光的作用機製。我希望書中能有一部分專門討論不同3D打印材料的科學，例如PLA、ABS、PETG、TPU等常見塑料的分子結構、力學性能、耐熱性、化學穩定性以及它們在打印過程中的行為差異。對於一些更專業的材料，比如金屬粉末、陶瓷、生物相容性材料，是否也會有所涉及？我特彆想瞭解，如何根據不同的應用需求，科學地選擇閤適的打印技術和材料，這其中的權衡和考量。另外，關於開源社區在推動3D打印技術發展中的作用，例如RepRap項目所代錶的開源精神，以及GitHub等平颱上的開源模型和固件，書中是否會進行深入的探討，介紹它們如何促進瞭技術的迭代和普及？我希望這本書不僅僅是理論的堆砌，更能引導讀者去思考3D打印在未來可能帶來的社會和經濟變革，以及開源模式在這個過程中扮演的核心角色。
評分閱讀這本書的過程中，我最期待的部分莫過於深入理解“開源”這一概念在3D打印技術中的具體體現。這不僅僅意味著軟件和硬件的免費共享，更代錶著一種協作、創新和知識傳播的文化。我希望書中能夠詳細介紹一些標誌性的開源3D打印項目，比如RepRap，從它的起源、發展曆程，到它所倡導的“用3D打印機製造3D打印機”的理念，是如何一步步推動瞭整個行業的進步。我非常想知道，在硬件設計層麵，哪些關鍵部件的開源使得DIY打印機成為可能？例如，主闆的設計、驅動器的選擇、傳感器的集成等等。在軟件層麵，諸如Cura、PrusaSlicer這樣的開源切片軟件，它們的算法是如何工作的？它們在生成G-code的過程中，是如何考慮模型細節、打印速度、層高、支撐結構等因素的？我希望書中能夠提供一些示例，解釋為什麼同一個3D模型，在不同的切片軟件或不同的參數設置下，打印效果會如此懸殊。此外，開源固件（如Marlin）的部分，是否會涉及固件的編譯、配置和優化？如何通過調整固件參數來改善打印質量、提升打印速度，甚至實現一些特殊功能？我對這些細節充滿好奇，因為這直接關係到能否真正掌握3D打印的核心技術，而不是僅僅停留在“一鍵打印”的錶麵。
評分這本書的厚度和內容密度，讓我預感它將是一次深入的學習之旅。我一直被3D打印技術的神奇之處所吸引，尤其是“開源”這個詞，它意味著更開放、更易於獲取和修改的技術。我期待書中能夠詳盡地解釋3D打印的物理學原理，比如FDM技術中熔融和擠齣絲材的精確控製，SLA/DLP技術中光敏樹脂的固化過程，以及SLS技術中激光對粉末材料的燒結機製。我希望書中能夠提供不同打印技術的對比分析，包括它們的精度、速度、材料適用範圍、成本以及在不同應用場景下的優劣勢。對於我這個對硬件細節比較感興趣的人來說，我尤其希望書中能夠詳細介紹3D打印機的硬件組成，例如主闆的設計、步進電機的選擇和驅動方式、擠齣頭的結構和加熱原理、以及各種傳感器的作用。在軟件層麵，我非常好奇開源切片軟件（如Cura、PrusaSlicer）是如何工作的，它們如何將復雜的3D模型轉化為打印機能夠執行的G-code指令，以及如何通過調整各種打印參數來優化打印效果。此外，書中對開源社區的介紹，以及RepRap項目等具有裏程碑意義的開源項目，也讓我充滿期待，瞭解它們是如何推動3D打印技術的普及和發展。
評分當我翻開這本書時，立刻被其中紮實的內容所吸引。作為一名對3D打印技術，特彆是其“開源”維度充滿興趣的讀者，我非常期待書中能夠為我揭示這項技術的深層原理。我希望書中能詳細解釋3D打印機是如何工作的，從3D建模軟件導齣模型，到切片軟件生成G-code，再到打印機硬件的執行過程。我特彆想瞭解，切片軟件（例如Cura, PrusaSlicer）是如何將一個三維的數字模型分解成無數個二維的打印層，並為每一層生成精確的運動軌跡和材料擠齣指令的。書中是否會涉及G-code的基本語法，以及常見的指令含義？此外，我也渴望瞭解不同3D打印技術（如FDM, SLA, SLS）的原理差異，它們在材料選擇、打印精度、打印速度、成本等方麵各有何優勢和劣勢，以及如何根據具體需求選擇閤適的技術。對於“開源”部分，我期望書中能深入探討開源社區在3D打印技術發展中的作用，例如RepRap項目所倡導的開放硬件理念，以及各種開源固件（如Marlin）和軟件的開發，是如何降低技術門檻，推動技術創新和普及的。
評分這本書的書名本身就充滿瞭吸引力，尤其是“開源”與“3D打印”的結閤，讓我對它充滿瞭期待。我一直在關注3D打印技術的發展，並對它的潛在應用領域感到興奮，而“開源”這個詞則進一步點燃瞭我探索的興趣。我希望這本書能夠深入淺齣地講解3D打印機的基本工作原理，從3D模型的創建到最終的實體打印。我期待能夠理解FDM、SLA、SLS等主流打印技術的原理差異，以及它們各自的優勢和劣勢。在硬件方麵，我希望能瞭解3D打印機的核心組件，如主闆、驅動器、步進電機、擠齣頭、加熱床等，以及它們的組成和功能。特彆是開源硬件的設計理念，如何讓普通用戶也能參與到打印機的製造和維護中。在軟件方麵，我非常想瞭解開源切片軟件（如Cura, PrusaSlicer）是如何工作的，它們如何將3D模型轉換為打印機能夠理解的G-code指令，以及各種打印參數（如層高、填充密度、打印速度、支撐結構等）對打印質量的影響。此外，我也希望書中能夠包含一些實際的應用案例，展示開源3D打印技術在教育、創客、醫療、設計等領域的創新應用，以及如何通過開源社區的力量來推動技術的發展和普及。
評分這本書對我來說，是一扇通往3D打印奇妙世界的大門，尤其是在“開源”這一獨特的視角下。我期待書中能為我提供一個係統、全麵的3D打印技術理論框架。我希望能夠深入理解不同3D打印技術的核心原理，比如熔融沉積成型（FDM）中的材料擠齣過程，光固化成型（SLA/DLP）中的光化學反應，以及選擇性激光燒結（SLS）中的粉末材料處理。書中是否會包含這些技術的物理學和化學學基礎知識，例如材料的流變學特性、光引發聚閤機理、以及激光與粉末的相互作用？在硬件方麵，我非常好奇3D打印機的基本組成，以及各個部件（如主闆、驅動器、步進電機、加熱係統、傳感器等）是如何協同工作的。尤其想瞭解，開源設計是如何在硬件層麵實現打印機的可定製性和可修復性。在軟件方麵，我期望瞭解開源切片軟件（如Cura, PrusaSlicer）的內部工作機製，它們是如何將3D模型轉化為可執行的打印指令，以及各種打印參數（如層高、填充密度、打印速度、支撐策略等）對打印質量的影響。此外，我也希望能通過書中對開源社區的介紹，瞭解到3D打印技術是如何通過共享和協作不斷發展的。
評分這本書的封麵設計就透著一股嚴謹和專業的氣息，讓我對內容充滿瞭期待。我一直對3D打印技術的背後原理感到著迷，尤其是不同打印技術的差異化。我希望能在這本書中找到關於FDM（熔融沉積成型）的詳盡解釋，包括擠齣頭的加熱原理、絲材輸送機製、步進電機的精確控製，以及每一層材料如何被堆疊成形。同時，我也對SLA（光固化）和DLP（數字光處理）技術感興趣，瞭解它們如何利用紫外光照射液態樹脂，通過逐層固化來構建模型。我希望書中能夠對比這幾種技術在精度、速度、材料選擇、後處理等方麵的優劣，並分析它們各自最適閤的應用場景。例如，什麼時候選擇FDM的經濟性和材料多樣性，什麼時候又需要SLA/DLP的高精度和光滑錶麵。此外，對於SLS（選擇性激光燒結）技術，我同樣充滿好奇，瞭解其如何通過激光燒結粉末材料來製造復雜結構，尤其是在金屬和陶瓷打印領域的應用潛力。這本書如果能提供一些關於打印材料科學的深入探討，比如不同聚閤物的分子結構、力學性能、耐化學性等，以及它們在打印過程中可能遇到的問題，那就更完美瞭。
評分我剛剛接觸到這本書，還沒來得及細細品味，但從目錄和書籍介紹來看，它無疑是一部非常有價值的參考資料。我一直對3D打印的“開源”屬性非常感興趣，因為它意味著技術的可訪問性和社區的協作性。我希望這本書能夠深入地闡述3D打印機的硬件構成，從主闆、步進電機、限位開關，到擠齣頭、加熱床、傳感器等各個關鍵部件的工作原理和作用。我特彆好奇，這些部件的開源設計是如何影響打印機的性能和可定製性的。在軟件層麵，我對開源切片軟件（如Cura、PrusaSlicer）的工作流程和算法原理非常感興趣。我希望書中能夠詳細解釋切片軟件如何將三維模型轉化為打印機能夠理解的G-code指令，以及如何通過調整各種參數（如層高、填充率、打印速度、支撐結構等）來優化打印質量和效率。另外，開源固件（如Marlin）的部分也讓我充滿期待，瞭解它們是如何控製打印機的運動，以及如何通過固件的配置和優化來提升打印機的性能。此外，書中對3D打印在各個領域的應用案例的介紹，也讓我十分好奇，尤其是那些能夠展現開源3D打印技術獨特優勢的案例，例如在教育、創客空間、原型製作等方麵的實際應用。
評分作為一名對新興技術充滿好奇的學習者，我迫不及待地想要深入瞭解《開源3D打印技術原理及應用》這本書。這本書的標題就點明瞭兩個我非常關注的方麵：一是“技術原理”，這讓我期望能夠獲得對3D打印最核心、最底層的知識；二是“開源”，這暗示著這本書將聚焦於開放、共享和社區驅動的技術發展模式。我希望書中能夠詳細介紹3D打印機的工作流程，從3D建模軟件（如Blender, Fusion 360）輸齣的STL或3MF文件，到切片軟件（如Cura, PrusaSlicer）的參數設置和G-code生成，再到打印機硬件的執行過程。我尤其想知道，切片軟件是如何將一個三維模型“切片”成許多二維平麵，並為其生成運動軌跡和擠齣指令的。書中是否會涉及到G-code的語言結構，以及常見的指令及其含義？我期待能夠理解不同打印參數（如層高、打印速度、填充密度、支撐類型、迴抽設置等）對最終打印件質量的影響，並且希望作者能夠提供一些“最佳實踐”的指導，幫助我避免常見的打印失敗，例如翹邊、層紋、堵頭等問題。同時，我也對開源社區在3D打印技術普及中所扮演的角色充滿興趣，例如RepRap項目所倡導的開放硬件理念，以及各種開源固件（如Marlin）和驅動庫的開發，是如何降低3D打印的門檻，讓更多人能夠接觸和掌握這項技術。
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