内容简介

《开源3D打印技术原理及应用》从桌面开源3D打印技术原理及应用这一角度出发，全面阐述了开源3D打印技术的发展过程，3D打印技术的基本原理，开源3D打印机软硬件系统的配置及构成，3D模型的建模方法，实际打印过程中可能遇到的问题及解决方案；以开源3D打印机Rep Rap系列中的Prusa Mende 113为例重点讨论了3D打印机的硬件构成、固件程序配置、切片软件的参数选择及上位机使用方法，同时给出了整机安装调试的过程对3D打印中的切片算法原理、STL文件格式、G-code代码的构成等给出了较为深入的分析与说明；对目前市场上存在的开源3D打印软件产品进行了详细介绍，并给出了使用样例。

前言/序言

　　作为一门新兴的生产技术，3D打印正在逐渐进入公众的视野，并改变着人类的生活。3D打印是一种以数字模型为基础，运用粉末状金属或塑料等材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。与传统的制造业相比，3D打印技术能够更加高效地构建出具有复杂结构的物体，并且更加节约原材料。

　　随着RepRap等开源项目的快速发展，桌面开源3D打印机的价格也越来越低，相应的开源软件及配套服务也日趋完善，3D打印的技术市场正在以极快的速度增长，越来越多的3D打印机开始进入普通家庭。对3D打印技术发展具有重大促进作用的开源3D打印项目RepRap最早源于英国，它是世界上第1台多功能、能自我复制的机器，也是一种能够打印塑料实物的3D打印机，目前该技术发展主要集中在国外的几个发达国家，相应的中文介绍开源3D打印技术的书籍还比较少。另外，开源3D打印技术的中文书籍侧重点主要集中在已有的应用上，而对于开源3D打印软件的使用和开源3D打印硬件的组装及实际打印过程的介绍则更少。

　　针对上述问题，本书以开源3D打印技术为切入点，深入浅出地介绍了3D打印的基本原理，开源软硬件系统的配置及构成，3D模型的构建方法以及实际打印过程中可能遇到的问题，帮助读者快速梳理出一个关于3D打印技术的清晰概念。

　　和其他同类书籍相比，本书更加侧重于介绍桌面开源3D打印技术的发展，并从实际应用出发介绍3D打印技术中包含的成型原理。第1章为3D打印技术的绪论，为读者深入了解3D打印技术作铺垫，这些技术包括3D打印技术的概念，3D打印技术的技术分类，3D打印材料范畴，以及3D打印技术与传统制造业相比的优势与不足，最后以3D打印技术的发展历史为结尾回顾其发展过程。第2章介绍了桌面开源3D打印技术，以Arduino为切入点，介绍其对开源3D打印技术发展的贡献，随后引入其他常用的打印机控制板。在控制板介绍之后，本书还穿插进了现在市场上流行的几种3D打印机类型及3D打印机品牌，最后以PrusaMende113的组装实例为结尾帮助读者从硬件上了解3D打印机的相关知识。第3章着重介绍了3D打印技术中常用的文件格式-STL文件格式，详细讲述了文件规则，以及生成过程中的常见错误，引入了比较流行的几种STL文件分层（切片）处理的算法，为后面章节理解切片软件及上位机软件提供基础支撑。在这之后，本书还简单介绍了在工作时3D打印机开源软件的应用以及开源软件和开源硬件通信的过程，以及打印机固件翻译G-code代码的管道式处理过程，同时在附录里给出了常用的G-code代码及含义，方便读者查阅。第4章为开源3D打印技术的应用，从开源桌面3D打印技术软件的实际应用出发，介绍了模型的修补与转换的实际操作，切片软件的实际操作及切片软件的实际配置参数。随后详细介绍了功能强大的Repetier-Host的使用以及其中许多功能，包括内嵌的切片软件使用、Repetier手动的参数控制功能、G-code代码的编辑与插入功能等。第5章介绍了目前比较流行的3D模型网站，以及常见的建模软件，最后以SketchUp和3dsMax为例讲解了字牌的制作过程。第6章汇总了开源桌面3D打印机在使用过程经常出现的问题以及解决办法，最后简单讲解了打印材料的选择以及后续模型的抛光问题，最后讨论了3D打印技术还没有很好解决的大型模型快速有效分割的问题，并以普林斯顿大学与中国科技大学提出的两种模型分解算法进行了说明。

　　本书适用于想要理解或学习3D打印技术的朋友，同时也可作为相关领域研究人员和参考资料。参与本书编写与校稿的有余迪、宁力、熊丹丘、李迪、彭曼、李欣羽、黄业辉等同学，在编写过程中还得到了国防工业出版社责任编辑的大力帮助，在此对这些编著者表示深深的谢意。同时感谢家人的大力支持和理解！

目录

第1章 绪论
1．1 3D打印的概念
1．2 3D打印的技术流程
1．2．1 实物成型方法概述
1．2．2 自然界的3D打印技术
1．2．3 增材制造技术
1．2．4 3D打印技术分类
1．3 3D打印的原材料
1．4 3D打印与人们的生活
1．4．1 令人惊叹的服装
1．4．2 不可思议的食物
1．4．3 异想天开的房屋
1．4．4 疯狂奔驰的汽车
1．5 3D打印与传统制造业的比较
1．5．1 更高的灵活性
1．5．2 无限可能的材料来源
1．5．3 更强大的构造能力
1．5．4 综述
1．6 3D打印技术的发展史
1．7 RepRap的发展史
1．8 开源3D打印技术存在的相关争议问题

第2章 开源3D打印硬件构成及组装
2．1 开源3D打印中的Arduino
2．1．1 Arduino的介绍
2．1．2 Arduino系列介绍
2．1．3 常见开源打印机的硬件电路
2，2主流3D打印机控制板对比
2．2．1 RAMPS系列控制板
2．2．2 Melzi系列控制板
2．2．3 Sanguinololu系列控制板
2．2．4 Printrboard系列控制板
2．3 桌面开源3D打印机的分类
2．3．1 开源社区RepRap的介绍
2．3．2 笛卡尔式3D打印机
2．3．3 并联臂式3D打印机
2．3．4 旋转平台3D打印机
2．4 市面常见桌面3D打印机介绍
2．4．1 MakerBot系列
2．4．2 Ultimaker系列
2．4．3 PrusaMendel系列
2．5 RepRap开源硬件及组装
2．5．1 PrusaMende113材料清单
2．5．2 PrusaMende113的组装过程
2．5．3 固件的组装和烧录
2．5．4 电路板测试

第3章 3D打印中的切片原理与G-code
3．1 STL文件简介
3．1．1 ASCII码格式
3．1．2 二进制格式
3．2 STL格式遵循的规则及常见错误
3．2．1 STL模型文件遵循的一般规则
3．2．2 STL模型文件常见的错误
3．3 切片算法
3．3．1 基于STL模型的切片算法
3．3．2 基于几何模型拓扑信息的STL切片算法
3．3．3 基于三角形面片几何特征的STL切片算法
3．4 打印过程
3．4．1 打印系统
3．4．2 上位机部分
3．4．3 固件的定义
3．4．4 通信协议
3．4．5 G-code与G-code翻译器
3．4．6 G-code处理管道
3．4．7 G-code代码的读取过程

第4章 常用3D打印软件
4．1 模型的转换与修补
4．1．1 将其他格式转换成STL文件格式
4．1．2 利用NetfabbBasic对模型进行修补
4．2 切片
4．2．1 模型预览与修改
4．2．2 模型调整
4．2．3 切片设置
4．2．4 高级设置
4．3 上位机软件的作用及定义
4．4 打印机的配置
4．4．1 单位设置
4．4．2 模型文件的导入
4．4．3 模型的浏览
4．4．4 模型放置
4．4．5 选择和移动模型
4．5 设置切片软件
4．6 手动控制
4．7 G-code编辑器
4．7．1 编辑器的元素
4．7．2 G-code起始代码与结束代码
4．7．3 中止／暂停任务后继续运行
4．8 使用Repetier过程中常见问题
4．8．1 打印机的连接问题
4．8．2 上位机在启动开始的时候崩溃
4．8．3 上位机设置

第5章 3D打印模型网站与软件建模
5．1 3D打印模型网站
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 参数化建模软件
5．2．2 CG建模软件
5．3 构建模型实例

第6章 3D打印技巧杂项说明
6．1 打印机平台的校准
6．1．1 校准前准备工作
6．1．2 校准步进电机
6．1．3 挤出头和热床的相对位置粗调
6．1．4 挤出头的水平调节
6．1．5 挤出头和热床的相对位置细调与热床的调平
6．1．6 打印测试3D模型
6．2 3D打印机的保养与维护
6．2．1 开机前的检查
6．2．2 打印过程中的检查
6．2．3 打印完成后的维护
6．3 丝料无法附着在热床上
6．4 模型错位及产生的原因
6．5 3D打印作品抛光
6．5．1 ABS材料作品的抛光
6．5．2 PLA材料作品的抛光
6．6 3D打印材料的选择
6．6．1 ABS材料
6．6．2 PLA材料
6．7 3D模型的分解

附录 G-code代码含义注解
参考文献

内容简介

《开源3D打印技术原理及应用》从桌面开源3D打印技术原理及应用这一角度出发，全面阐述了开源3D打印技术的发展过程，3D打印技术的基本原理，开源3D打印机软硬件系统的配置及构成，3D模型的建模方法，实际打印过程中可能遇到的问题及解决方案；以开源3D打印机Rep Rap系列中的Prusa Mende 113为例重点讨论了3D打印机的硬件构成、固件程序配置、切片软件的参数选择及上位机使用方法，同时给出了整机安装调试的过程对3D打印中的切片算法原理、STL文件格式、G-code代码的构成等给出了较为深入的分析与说明；对目前市场上存在的开源3D打印软件产品进行了详细介绍，并给出了使用样例。

前言/序言

　　作为一门新兴的生产技术，3D打印正在逐渐进入公众的视野，并改变着人类的生活。3D打印是一种以数字模型为基础，运用粉末状金属或塑料等材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。与传统的制造业相比，3D打印技术能够更加高效地构建出具有复杂结构的物体，并且更加节约原材料。

　　随着RepRap等开源项目的快速发展，桌面开源3D打印机的价格也越来越低，相应的开源软件及配套服务也日趋完善，3D打印的技术市场正在以极快的速度增长，越来越多的3D打印机开始进入普通家庭。对3D打印技术发展具有重大促进作用的开源3D打印项目RepRap最早源于英国，它是世界上第1台多功能、能自我复制的机器，也是一种能够打印塑料实物的3D打印机，目前该技术发展主要集中在国外的几个发达国家，相应的中文介绍开源3D打印技术的书籍还比较少。另外，开源3D打印技术的中文书籍侧重点主要集中在已有的应用上，而对于开源3D打印软件的使用和开源3D打印硬件的组装及实际打印过程的介绍则更少。

　　针对上述问题，本书以开源3D打印技术为切入点，深入浅出地介绍了3D打印的基本原理，开源软硬件系统的配置及构成，3D模型的构建方法以及实际打印过程中可能遇到的问题，帮助读者快速梳理出一个关于3D打印技术的清晰概念。

　　和其他同类书籍相比，本书更加侧重于介绍桌面开源3D打印技术的发展，并从实际应用出发介绍3D打印技术中包含的成型原理。第1章为3D打印技术的绪论，为读者深入了解3D打印技术作铺垫，这些技术包括3D打印技术的概念，3D打印技术的技术分类，3D打印材料范畴，以及3D打印技术与传统制造业相比的优势与不足，最后以3D打印技术的发展历史为结尾回顾其发展过程。第2章介绍了桌面开源3D打印技术，以Arduino为切入点，介绍其对开源3D打印技术发展的贡献，随后引入其他常用的打印机控制板。在控制板介绍之后，本书还穿插进了现在市场上流行的几种3D打印机类型及3D打印机品牌，最后以PrusaMende113的组装实例为结尾帮助读者从硬件上了解3D打印机的相关知识。第3章着重介绍了3D打印技术中常用的文件格式-STL文件格式，详细讲述了文件规则，以及生成过程中的常见错误，引入了比较流行的几种STL文件分层（切片）处理的算法，为后面章节理解切片软件及上位机软件提供基础支撑。在这之后，本书还简单介绍了在工作时3D打印机开源软件的应用以及开源软件和开源硬件通信的过程，以及打印机固件翻译G-code代码的管道式处理过程，同时在附录里给出了常用的G-code代码及含义，方便读者查阅。第4章为开源3D打印技术的应用，从开源桌面3D打印技术软件的实际应用出发，介绍了模型的修补与转换的实际操作，切片软件的实际操作及切片软件的实际配置参数。随后详细介绍了功能强大的Repetier-Host的使用以及其中许多功能，包括内嵌的切片软件使用、Repetier手动的参数控制功能、G-code代码的编辑与插入功能等。第5章介绍了目前比较流行的3D模型网站，以及常见的建模软件，最后以SketchUp和3dsMax为例讲解了字牌的制作过程。第6章汇总了开源桌面3D打印机在使用过程经常出现的问题以及解决办法，最后简单讲解了打印材料的选择以及后续模型的抛光问题，最后讨论了3D打印技术还没有很好解决的大型模型快速有效分割的问题，并以普林斯顿大学与中国科技大学提出的两种模型分解算法进行了说明。

　　本书适用于想要理解或学习3D打印技术的朋友，同时也可作为相关领域研究人员和参考资料。参与本书编写与校稿的有余迪、宁力、熊丹丘、李迪、彭曼、李欣羽、黄业辉等同学，在编写过程中还得到了国防工业出版社责任编辑的大力帮助，在此对这些编著者表示深深的谢意。同时感谢家人的大力支持和理解！

目录

第1章 绪论
1．1 3D打印的概念
1．2 3D打印的技术流程
1．2．1 实物成型方法概述
1．2．2 自然界的3D打印技术
1．2．3 增材制造技术
1．2．4 3D打印技术分类
1．3 3D打印的原材料
1．4 3D打印与人们的生活
1．4．1 令人惊叹的服装
1．4．2 不可思议的食物
1．4．3 异想天开的房屋
1．4．4 疯狂奔驰的汽车
1．5 3D打印与传统制造业的比较
1．5．1 更高的灵活性
1．5．2 无限可能的材料来源
1．5．3 更强大的构造能力
1．5．4 综述
1．6 3D打印技术的发展史
1．7 RepRap的发展史
1．8 开源3D打印技术存在的相关争议问题

第2章 开源3D打印硬件构成及组装
2．1 开源3D打印中的Arduino
2．1．1 Arduino的介绍
2．1．2 Arduino系列介绍
2．1．3 常见开源打印机的硬件电路
2，2主流3D打印机控制板对比
2．2．1 RAMPS系列控制板
2．2．2 Melzi系列控制板
2．2．3 Sanguinololu系列控制板
2．2．4 Printrboard系列控制板
2．3 桌面开源3D打印机的分类
2．3．1 开源社区RepRap的介绍
2．3．2 笛卡尔式3D打印机
2．3．3 并联臂式3D打印机
2．3．4 旋转平台3D打印机
2．4 市面常见桌面3D打印机介绍
2．4．1 MakerBot系列
2．4．2 Ultimaker系列
2．4．3 PrusaMendel系列
2．5 RepRap开源硬件及组装
2．5．1 PrusaMende113材料清单
2．5．2 PrusaMende113的组装过程
2．5．3 固件的组装和烧录
2．5．4 电路板测试

第3章 3D打印中的切片原理与G-code
3．1 STL文件简介
3．1．1 ASCII码格式
3．1．2 二进制格式
3．2 STL格式遵循的规则及常见错误
3．2．1 STL模型文件遵循的一般规则
3．2．2 STL模型文件常见的错误
3．3 切片算法
3．3．1 基于STL模型的切片算法
3．3．2 基于几何模型拓扑信息的STL切片算法
3．3．3 基于三角形面片几何特征的STL切片算法
3．4 打印过程
3．4．1 打印系统
3．4．2 上位机部分
3．4．3 固件的定义
3．4．4 通信协议
3．4．5 G-code与G-code翻译器
3．4．6 G-code处理管道
3．4．7 G-code代码的读取过程

第4章 常用3D打印软件
4．1 模型的转换与修补
4．1．1 将其他格式转换成STL文件格式
4．1．2 利用NetfabbBasic对模型进行修补
4．2 切片
4．2．1 模型预览与修改
4．2．2 模型调整
4．2．3 切片设置
4．2．4 高级设置
4．3 上位机软件的作用及定义
4．4 打印机的配置
4．4．1 单位设置
4．4．2 模型文件的导入
4．4．3 模型的浏览
4．4．4 模型放置
4．4．5 选择和移动模型
4．5 设置切片软件
4．6 手动控制
4．7 G-code编辑器
4．7．1 编辑器的元素
4．7．2 G-code起始代码与结束代码
4．7．3 中止／暂停任务后继续运行
4．8 使用Repetier过程中常见问题
4．8．1 打印机的连接问题
4．8．2 上位机在启动开始的时候崩溃
4．8．3 上位机设置

第5章 3D打印模型网站与软件建模
5．1 3D打印模型网站
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 参数化建模软件
5．2．2 CG建模软件
5．3 构建模型实例

第6章 3D打印技巧杂项说明
6．1 打印机平台的校准
6．1．1 校准前准备工作
6．1．2 校准步进电机
6．1．3 挤出头和热床的相对位置粗调
6．1．4 挤出头的水平调节
6．1．5 挤出头和热床的相对位置细调与热床的调平
6．1．6 打印测试3D模型
6．2 3D打印机的保养与维护
6．2．1 开机前的检查
6．2．2 打印过程中的检查
6．2．3 打印完成后的维护
6．3 丝料无法附着在热床上
6．4 模型错位及产生的原因
6．5 3D打印作品抛光
6．5．1 ABS材料作品的抛光
6．5．2 PLA材料作品的抛光
6．6 3D打印材料的选择
6．6．1 ABS材料
6．6．2 PLA材料
6．7 3D模型的分解

附录 G-code代码含义注解
参考文献