3D打?。涸?、技術與應用

目　錄
第1　章 引論 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　1
第２章　3D 打印技術的起源與發(fā)展 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　6
2．1　3D 打印技術的基本原理與起源 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　6
2．2　3D 打印技術國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　10
2．2．1　國外3D 打印技術的發(fā)展現(xiàn)狀 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　10
2．2．2　國內(nèi)3D 打印技術的發(fā)展現(xiàn)狀 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　11
2．3　3D 打印技術與中國制造2025 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　13
2．3．1　中國制造2025 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　13
2．3．2　3D 打印與中國制造2025 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　14
第３章　3D 打印機系統(tǒng)結構與控制系統(tǒng) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
3．1　通用3D 打印機硬件系統(tǒng)概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　19
3．1．1　3D 打印機機械結構系統(tǒng) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　20
3．1．1．1　電機 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　20
3．1．1．2　電源 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　24
3．1．1．3　導軌 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　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 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　28
3．1．1．7　機身結構 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　30
3．1．2　3D 打印機硬件控制系統(tǒng) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　36
3．2　通用3D 打印機軟件控制系統(tǒng) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　38
第4　章 3D 打印技術及材料分類與應用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
4．1　3D 打印技術分類 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　43
4．1．1　熔融沉積成型技術 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　43
4．1．2　選擇性激光燒結技術 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　44
4．1．3　激光選區(qū)熔化成型技術 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　45
4．1．4　光固化立體成型技術 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　47
4．1．5　分層實體制造技術 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　48
4．1．6　三維打印成型技術 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　49
4．1．7　其他3D 打印技術 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　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3D 打印材料技術發(fā)展的現(xiàn)狀與機遇 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　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 建模通用軟件簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　65
5．2．1　3ds Max 簡介與STL 建模實例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　65
5．2．2　UG 簡介與STL 建模實例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　70
5．2．3　Pro Engineer 簡介與STL 建模實例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　79
5．2．4　SolidWorks 簡介與STL 建模實例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　89
第6　章 3D 打印編程技術與通用算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　100
6．1　3D 打印編程技術簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　100
6．1．1　3D 打印機固件開發(fā)環(huán)境 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　100
6．1．2　3D 打印與Gcode ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　105
6．2　3D 打印技術相關算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　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 文件結構與操作處理編程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．　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 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　150
7．1　云控制芯片簡介與應用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　151
7．2　CUDA 編程技術簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　154
7．2．1　CUDA 概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　154
7．2．2　GPU 架構概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　157
7．2．3　CUDA 與并行計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　157
7．2．3．1　建立CUDA 編程環(huán)境 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　158
7．2．3．2　CUDA 編程架構優(yōu)缺點 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　162
7．3　CUDA 編程實例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　165
7．3．1　編寫第一個CUDA 程序 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　165
7．3．2　CUDA 并行編程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　167
7．4　基于CUDA 架構的3D 模型切片 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　170
7．4．1　CUDA 多核編程API 簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　170
7．4．2　CUDA 架構模型切片處理流程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　172
第8　章 3D 打印云平臺與個性化定制 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　175
8．1　構建3D 打印生態(tài)云平臺 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　175
8．1．1　3D 打印云生態(tài)系統(tǒng) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　175
8．1．1．1　云計算技術簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　175
8．1．1．2　基于云計算架構的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　云平臺個性化定制服務系統(tǒng) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　182
8．2．1　云創(chuàng)意設計中心 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　184
8．2．2　云打印中心 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　185
8．2．3　周邊服務交易中心 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　187
8．3　分布式云打印與個性化定制 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　188
8．3．1　3D 打印與個性化定制 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　188
8．3．1．1　個性化市場趨勢分析 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　188
8．3．1．2　個性化定制商品的市場容量 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　189
8．3．1．3　3D 打印生態(tài)系統(tǒng)的個性化服務流程 ．．．．．．．．　191
8．3．2　3D 打印智能制造云平臺管理系統(tǒng)簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　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”的核心技術與行業(yè)影響 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　199
9．2　3D 打印技術在工業(yè)4．0 中的重要作用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　209
第10　章 3D 打印技術應用展望 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　213
10．1　3D 打印技術應用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　213
10．1．1　3D 打印時代的生活 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　213
10．1．2　3D 打印時代的教育 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　219
10．1．3　3D 打印時代的制造 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　223
10．1．4　3D 打印時代的知識產(chǎn)權 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　225
10．2　3D 打印時代的機遇與挑戰(zhàn) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　226
10．3　4D 打印技術簡介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　228
附錄A　中英文術語對照表 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　230
附錄B　3D 打印機安裝測試與常見故障維修 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　234
B．1　3D 打印機安裝調(diào)試 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　234
B．2　3D 打印機常見故障與處理方法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　243
參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　250