《解析3D打印机:3D打印机的科学与艺术》[美] Brian Evans

发表于 2016-10-21 21:30:28 显示全部楼层 1 2940

图书
作者: [美] Brian Evans
出版社: 机械工业出版社
ISBN: 9787111442493
定价: 59.00
折扣价: 50.20
购买链接: https://item.jd.com/11354662.html
封面:

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内容简介:

国内第一本从硬件、软件和升级三个维度全面解析各类开源3D打印机的基本原理和技术细节的著作,不仅详细讲解了3D打印机的结构、固件、分层工具、应用软件、热熔丝的种类、使用技巧,而且还详细讲解了常见3D打印机的调试、使用、升级和维护,以及3D打印模型的设计。《解析3D打印机:3D打印机的科学与艺术》强调动手实践,包含多个实战案例,3D文字、多模型混搭、迷你相扑机器人等,不仅教读者如何打印各类物品,而且能启发读者DIY属于自己的3D打印机。

《解析3D打印机:3D打印机的科学与艺术》分为三部分。第一部分(第1~3章)介绍3D打印机的工作原理、常见类型、选购方法、3D打印机的机械和电子器件、常用分层和控制软件、校准打印机的设置和操作等。第二部分(第4~9章),此部分涵盖与3D模型矢量图绘制和操作、模型的合并和消除、文件导入/导出、网格处理、模型混搭等相关的多种工具及技术运用技巧:讲解如何利用Thingiverse和Google 3D模型库查找并共享3D模型;介绍3DTin和Tinkercad(基于Web的实体建模软件),并制作一个外星侵略者模型;利用Inkscape、OpenSCAD、MeshLab、MeshMixer制作多种复杂模型,诸如3D文字、蒸汽朋克军舰、迷你相扑机器人、发条双足机器人、行走的石像鬼、行走的矮人等。第三部分(第10章)揭秘如何通过机械部件、电子器件等进行3D打印机升级。附录给出维护和故障排除的技巧,以及3D打印机相关的资源。

作者简介
Brian Evans,电子媒体专家、艺术家,精通电子产品和数字化制造,尤擅利用MakerBot或RepRap的3D 打印机以及Arduino电子平台在艺术和设计领域创造新的作品。他还是《Beginning Arduino Programming》的作者。他的作品曾多次在美术馆和大学展出。2009年参加了加拿大艾伯塔省班夫新媒体研究所的开源硬件峰会,2011年参加了纽约的开源硬件峰会。

译者简介
程晨,资深嵌入式开发工程师,在桌面3D打印机DreamMaker(www.dreammaker.cc)系列产品的研发过程中进行过大量测试工作,深谙3D打印机的工作原理和实践,关注开源硬件、关注机器人。同时也是国内首本Arduino著作《Arduino开发实战指南:AVR篇》作者,另著有《自律型机器人制作入门:基于Arduino》、《Arduino电子设计实战指南:零基础篇》。

目录

第1章 3D打印机的世界
1.1 格雷伯爵茶,热的
1.2 3D打印机如何工作
1.2.1 笛卡儿机械
1.2.2 热熔塑料进料头
1.2.3 打印托盘
1.2.4 直线运动导轨
1.2.5 挡块
1.2.6 框架
1.3 现有的3D打印机
1.3.1 RepRap类型
1.3.2 Box Bot类型
1.3.3 RepStrap类型
1.3.4 Upstart类型
1.4 选择合适的3D打印机
1.4.1 3D打印机汇总
1.4.2 打印区域比较
1.4.3 购买套件或者自己组装
1.5 选择正确的材料
1.5.1 热熔丝材料
1.5.2 热熔丝的直径
1.5.3 购买热熔丝
1.6 基本工具
1.6.1 手工工具
1.6.2 电子工具
1.6.3 打印辅助材料
1.7 小结

第2章 3D打印机的工作链
2.1 从3D模型到3D实物
2.1.1 3D模型
2.1.2 分层和路径文件
2.1.3 打印控制软件简介
2.2 什么是工作链
2.3 电子器件
2.3.1 RepRap Arduino Mega Pololu 扩展板
2.3.2 Sanguinololu
2.3.3 Printrboard
2.4 固件
2.4.1 Sprinter
2.4.2 Marlin
2.4.3 SJFW
2.4.4 MakerBot
2.5 分层软件
2.5.1 Skeinforge
2.5.2 SFACT
2.5.3 Slic3r
2.6 打印控制软件
2.6.1 ReplicatorG
2.6.2 Pronterface
2.6.3 RepSnapper
2.6.4 Repetier-Host
2.6.5 netfabb Engine
2.7 小结

第3章 校准打印机
3.1 第一步
3.1.1 连接设备
3.1.2 让打印机动起来
3.1.3 初始位置
3.1.4 加热
3.2 打印概述
3.2.1 下载模型
3.2.2 模型分层
3.2.3 打印模型
3.3 打印设置
3.3.1 打印机和热熔丝
3.3.2 打印速度
3.4 打印兔子
3.5 校准打印
3.5.1 从打印托盘开始
3.5.2 圆,圆,圆
3.5.3 金字塔
3.6 固件设置
3.6.1 初始化设置
3.6.2 轴运动校准
3.6.3 机械设置
3.6.4 更新固件
3.7 小结

第4章 云端的3D模型
4.1 查找并共享3D模型
4.1.1 Thingiverse
4.1.2 Google 3D模型库
4.2 基于Web的实体建模软件介绍
4.2.1 3DTin
4.2.2 Tinkercad
4.3 项目:外星侵略者
4.3.1 从像素块开始
4.3.2 拉伸模型
4.3.3 保存并导出STL文件以进行打印
4.3.4 打印成实物
4.4 小结

第5章 3D文字
5.1 制作矢量图
5.1.1 使用Inkscape
5.1.2 用Inkscape绘制图形
5.1.3 Inkscape中的路径操作
5.1.4 书写文字
5.2 设计3D文字
5.2.1 准备矢量图
5.2.2 准备文件
5.3 拉伸矢量图
5.3.1 使用OpenSCAD
5.3.2 在OpenSCAD中建立模型
5.3.3 模型的合并和消除
5.3.4 移动和旋转模型
5.4 2D到3D
5.4.1 有趣的变化
5.4.2 打印成实物
5.5 小结

第6章 蒸汽朋克军舰
6.1 中级OpenSCAD技术
6.1.1 变量
6.1.2 特殊变量
6.1.3 字符串
6.1.4 修饰符
6.1.5 模块
6.2 设计蒸汽朋克军舰
6.2.1 文件设置
6.2.2 设置打印区域
6.2.3 创建模型
6.3 船体
6.3.1 船体两侧
6.3.2 主甲板
6.4 甲板上的建筑
6.4.1 船舷
6.4.2 船舱
6.5 细节设计
6.5.1 烟囱
6.5.2 通风口
6.5.3 主炮塔
6.6 完成模型
6.7 准备打印
6.8 打印成实物
6.9 小结

第7章 模型的混搭
7.1 混搭
7.2 OpenSCAD中的基本混搭
7.2.1 导入STL文件
7.2.2 操作STL文件
7.2.3 简单的混搭
7.3 OpenSCAD中的复杂混搭
7.3.1 开始在OpenSCAD中混搭
7.3.2 使用MeshLab
7.3.3 在OpenSCAD中完成混搭
7.3.4 增加支撑
7.4 在MeshMixer中混搭
7.4.1 制作部件
7.4.2 混搭模型
7.5 更多的混搭
7.5.1 在MeshMixer中制作一个部件
7.5.2 在OpenSCAD中完成部件
7.5.3 打印成实物
7.6 装配混搭模型
7.7 小结

第8章 迷你相扑机器人
8.1 什么是迷你相扑
8.2 使用SketchUp
8.2.1 SketchUp的工作区和模板
8.2.2 制作简单的模型
8.2.3 制作复杂的模型
8.2.4 导航
8.3 设计一个迷你相扑机器人
8.4 开始
8.4.1 电池仓
8.4.2 电机座
8.4.3 车架前端
8.5 轮子和支撑
8.5.1 电机支撑
8.5.2 车轴支架
8.5.3 电池盒卡扣
8.6 细节调整
8.6.1 清理模型
8.6.2 安装孔
8.6.3 推土铲
8.7 打印成实物
8.7.1 准备打印
8.7.2 组装
8.7.3 添加控制电路
8.8 小结

第9章 更多项目
9.1 项目:发条双足机器人
9.1.1 测量实物
9.1.2 设计发条双足机器人模型
9.1.3 行走的石像鬼
9.1.4 行走的矮人
9.1.5 行走的机器人
9.1.6 打印成实物
9.2 项目:扭曲的花瓶
9.2.1 画一些线
9.2.2 拉伸剖面图形
9.2.3 在MeshLab重新网格化
9.2.4 清理花瓶模型
9.2.5 最后一件事
9.2.6 打印成实物
9.3 小结

第10章 升级
10.1 机械部件升级
10.1.1 同步带和同步轮
10.1.2 线性轴承
10.1.3 螺纹杆和联轴器
10.2 电子器件升级
10.2.1 电子挡块
10.2.2 可加热的打印托盘
10.2.3 制冷风扇
10.2.4 SD卡
10.3 更多的升级
10.3.1 成盘热熔丝的支架
10.3.2 更换进料机构
10.4 小结

附录A 打印技巧
附录B 资源
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 楼主| 发表于 2016-10-21 21:35:15 | 显示全部楼层

《解析3D打印机:3D打印机的科学与艺术》精彩书摘

第1章
3D打印机的世界
如果你拿起这本书,那么你一定像我一样被3D打印机迷住了。也许你已经在媒体上看到过一款个人3D打印机,并且想要了解更多这方面的知识;也许你是一名艺术家、设计师、工程师、发明家或者创客,你想知道如何利用3D打印机完成你的设计;也许你已经购买了自己的个人3D打印机,现在只是想要寻找一些帮助来学习如何使用它。就从本章开始我们的3D打印机之旅吧,首先介绍一下一般3D打印机的工作原理,然后看看现在市场上2000美元以下的各种DIY 3D打印机的采购指南,或者只是简单地告诉你能用3D打印机干什么。最后在本章的小结中会说说完成本书中项目所需要的材料和用品。

在这一章,我们会学到以下内容:
什么是个人3D打印机,它是如何工作的
当前不同类型的多种3D打印机
用于打印的不同材料
成功使用3D打印机所需的各种工具和用品
我们从科幻小说的3D打印机开始吧!

1.1 格雷伯爵茶,热的
这句话大部分人都很熟悉,在电视剧版《星际迷航:下一代》中让–卢克·皮卡德舰长对着墙上的一个终端设备说出几句话,几秒钟之后,他选择的饮品就出现在面前。这个虚构的设备叫做“replicator”——一种响应即时请求、重组基本材料原子创造新事物的机器。这种3D打印机我们现在依然没有,创造出这种改变分子结构,凭空制造出物品的设备还需要走很长的路。

但是,今天的个人3D打印机利用一种称为熔积成型(Fused Filament Fabrication,FFF)的技术已能够用塑料制作很多东西。整个过程像是在一个微小而精致的热熔胶枪喷嘴内熔化并挤出塑料,然后通过沉积塑料丝的方式按层绘制,逐层累积融合,最终冷却形成坚实而耐用的塑料部件。这项技术在设计与工程行业已经存在了大约25年,从汽车零件的制造到烤箱的设计都有应用。

因为今天工业用3D打印机价格少则几万,多则超过几十万美元,所以一些勇敢的人提出了疑问:“制造一台自己的3D打印机有多难?”事实是,在最初的阶段,因为没有基础确实很困难,但是在过去的5年(自从第一台DIY 3D打印机面世),很多先进的技术已经在开发人员的共同努力下攻克了,并在世界范围内制造出成千上万的3D打印机。想要了解不断发展的3D打印机的分类,就一定要看看RepRap Family Tree。现在,我们具体来看看这些3D打印机是如何工作的。

1.2 3D打印机如何工作
本章中出现的所有个人3D打印机彼此有许多相似之处,尽管它们可能有少许不同,但至少在原理上是相似的。我们通过图1-1来仔细看看这些3D打印机是如何工作的。


前言/序言

《连线》、《纽约时报》、《经济学家》、《华尔街日报》、《BBC》,甚至是《科尔伯特报告》等,到处都是关于个人3D打印机的报道。3D打印机,有时也叫做“立体制造”或者“快速原型制造”,这是一种使用塑料或者金属原料将数字设计转换成3D实物的新兴技术。这种技术实际上已经有25年的历史了,之前仅仅是工程师和设计师在使用,如今3D打印机开始影响到每个人的生活,例如,以往工业领域用价值3万美元的机器制造的物品,现在只需要不足2000美元一台的小巧桌面型机器即可在家中自己制作一个相同质量的物品。

而且,在这种新颖的个人3D打印机上设计和打印3D物品并不需要使用者是位专业的工程师或设计师。事实上,这些机器适用于整个K-12基础教育(美国基础教育)体系,并且这种技术越来越受欢迎。使用3D打印机只需要你有一颗永不满足的好奇心,并且乐意动手实践,同时要学习一些不同的应用程序来帮助你设计和打印3D模型。人们用3D打印机制作的东西五花八门,从简单实用的衣服夹到精彩搞笑的机器宠物乐园。

这本书假定你也像我一样对使用3D打印技术实现自己的想法非常感兴趣。也许你刚好考虑要购买一台自己的3D打印机来看看它到底是个什么东西,也许你已经有了一台3D打印机,并且准备尝试打印一个实物,无论如何,这本书将告诉你关于3D打印机的来龙去脉,以及如何设计用于打印的模型。

为什么要拥有一台3D打印机

为什么要拥有一台3D打印机呢?因为它好玩!虽然现在很多关于个人3D打印机或3D打印方式将彻底改变这个世界经济利益的评论,但我认为这种观点稍显夸张,而且没有抓住3D打印机的特点。当然,你可以打印一些小玩意,然后拿到Etsy或Ebay上卖掉赚点小钱。可以肯定的是,一旦你有了一台3D打印机,你就会不停地看看周围的东西有什么是可以打印的。不过最重要的是,你应该有一台自己的3D打印机并学习如何使用它,因为它真的很有趣。我和我的学生花了很多时间欣赏我们设计的东西从3D打印机里打出来的过程——那真是太神奇了。

可能你是一个设计师,希望将这种技术应用到你的专业领域;可能你是一个艺术家,在探索一种新的媒体表现形式;可能你是一个发明家,需要一条小巧的台式生产线。在其他方面,或许你想探索创建3D打印珠宝的可能性,或许你刚好喜欢火车、机器人什么的,不管你想将3D打印技术应用在哪方面,最重要的是你要喜欢这种简单的制造过程。如果你买了一台个人3D打印机,那么我向你保证它不会像普通文档打印机那样“只是工作”,你一定会非常高兴自己拥有一台这样的打印机。但它的使用并没有想象的那样简单,这是一件好事,这样你在用它打印你想制作的物品时就会充满挑战,这正是使用3D打印机最大的乐趣。

3D打印机的大世界

在过去的5年中,我们从最初的一台个人3D打印机到数百台各种各样的3D打印机,从RepRap到MakerBot;从Printrbot到Mosaic。很多人都在制造3D打印机,似乎每周都有一台崭新的3D打印机问世。那么,在一本书里如何才能涵盖所有的3D打印机呢?从某种角度来说,这是不可能的。现在有太多的个人3D打印机,根本无法覆盖所有的内容。

但是所有的这些3D打印机原理上都差不多,我们也可以简单地介绍通常如何使用3D打印机以及如何设计在其中打印的物品。我们将专门探讨一些不同的3D打印机、使用的软件以及电子器件是如何工作的。也许介绍的3D打印机不是你最喜欢的那种,但是在3D打印机的大世界里,我们所能做的最好的事情就是告诉你如何开始正确地使用常用的3D打印机来打印物品。

找一台充满乐趣的3D打印机,让我们来看看如何使用它。

关于这本书
这本书大致分为三个部分:硬件、软件和升级。前3章主要介绍的是硬件知识,从介绍3D打印机如何工作的一张大图开始,深入剖析了3D打印机的部件及工作链,在完成第一次打印之后还总结了校准3D打印机的一些技巧。软件部分是本书介绍较多的部分,介绍了各种建模及应用软件,并用它们完成了多个项目,包括3D文字、模型混搭、机器人和3D纪念品。升级部分介绍了一些实用的升级方案,以改善3D打印机的操作以及提高3D打印的质量。

本书既可以作为3D打印机的指导手册,也可以作为一本参考手册。如果作为指导手册,那么从第1章开始,我们会告诉你如何购买一台打印机,如何使用它,如何校准它,如何设计一个模型来打印,以及改善现有的打印机。如果你对3D打印机或设计已经有了一定的了解,那么这本书可以作为一本参考手册,包括将绘制的图形转成3D模型,参数化的计算机辅助设计(CAD)以及如何处理和准备3D模型以进行打印。

这本书并不是一本关于具体某台3D打印机的说明书,如果是这样的一本书,那么当本书出版时,会因为3D打印机的更新而过时。相反,这是一本介绍打印机来龙去脉的书,我们假定你购入了一台3D打印机后,非常想弄清楚它是怎么工作的。我们把重点放在这里,并告诉你如何让3D打印机带来全新的体验。3D打印机爱好者是一群非常活跃的创客,他们依靠论坛、维基、博客和其他在线方式交流和分享信息。附录B中列出了很多的网络资源。

书中的项目集中在第4章到第9章,每一章是一个主题,我们的项目中使用了很多种软件。这样做的目的是让你更多地了解3D打印机以及模型设计制作的相关知识。我们会介绍一些适用于各种3D建模的软件。没有一个能解决所有建模问题的3D软件,各种各样的软件让3D打印变得非常有趣。每一位读者都会有自己的风格、自己的喜好。如果这本书写得不错,那么每个人都会有他自己喜欢的那一部分。

动手

我教给我的学生最好的一节课就是“动手去学习知识”。本书中的项目看起来都很简单,有些甚至有点搞笑,但是我们所做的一切都是为了传授基本知识,之后你可以利用这些基本知识去做你想做的任何模型,到时候限制你的就只有你的想象力。但首先,我们要从这些书中的例子开始,尝试一些改变,看看会发生什么,这些会让你之后的模型制作更顺利。

我们不仅要动手去学习,同时还要勇于尝试、勇于犯错,犯错在学习过程中也是很重要的。设计个模型,看看是什么效果,哪里好,哪里不好,然后再设计一个新的版本,看看有什么改善,之后再设计一个版本。这个过程中学习到的很多内容和经验是通过书本学不到的。通过你的“桌面工厂”(差不多能这么称呼),你能不停地进行各种尝试,这样你就会不断地积累经验,然后与大家分享。

分享

分享对于整个3D打印社区来说是一件非常重要的事情,书中所有的设计都是基于Creative Commons Attribution-ShareAlike license (www. creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)许可共享,国内称作“知识共享、署名相同”方式分享许可。每一种设计都可以轻松地在模型共享网站Thingiverse上下载。我希望每个拿到这本书的人都能够制作这些模型,甚至是利用从书中学到的知识设计新的模型。

我非常想看到你们制作这些模型,所以当你们完成模型的打印后,一定要使用“我打了一个”(I Made One)按钮,将照片贴到Thingiverse上,具体内容参照第3章和第4章。如果你改进了本书中的某个模型,那么一定要在Thingiverse上使用“改进模型”(I Made a Derivative)的按钮,同时最好添加Practical 3D Printers标签,以便其他人能够找到你的改进型设计,包括我在内。我希望能在网站上看到每一位阅读这本书的读者的作品。

致谢

这里我要感谢很多人,没有他们这本书就不会出版。不过我最想感谢的还是我的妻子Susan,在完成书稿的漫长时间里,她一直陪着我。还有我的女儿Kori,感谢她无条件的爱和支持。还要感谢其他家人的不断鼓励。

这里尤其要感谢我在丹佛大都会州立学院的朋友和同事,他们对这本书投入了极大的热情,感谢他们在最后一学期对我的包容。我保证今后更加通情达理。深深地感谢艺术系的主任,勇敢的Greg Watts,只是因为我觉得MakerBot Cupcake很酷,就在2009年投资为部门配备了一台。Greg是这本书出版的最大原因。这里同样要感谢丹佛大都会州立学院刻苦学习并且总是给我启发的学生,他们让我作为他们的开源艺术和设计的指导,尤其是Oliver和Rachel,他们当时是我最好的助教。

技术审校Tony Buser,我不知道能为你做些什么表示我对你的感谢。有Thingiverse作为这本书的支持让我感到荣幸和骄傲。我同样很感激Apress团队:Michelle、James、Jessica、Brigid、Kim以及其他人,与你们合作真的是一件很愉快的事情。

最后我要感谢广大的艺术家、设计师、工程师、匠人以及创客对3D打印机社区所做的贡献,本书借鉴了社区中不少的内容和图片,我要感谢为3D打印机做出贡献的每个人,感谢大家。
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