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第1章 3D打印技术综述 1

1.1 3D打印工作原理 1

1.1.1 增材制造基本原理 1

1.1.2 3D打印技术的专利来源 3

1.1.3 3D打印系统配置 4

1.2 3D打印主流技术 7

1.2.1 熔融沉积造型技术 7

1.2.2 光固化立体造型技术 8

1.2.3 3D印刷或选择性黏结打印技术 8

1.2.4 选择性激光烧结技术 9

1.2.5 选区激光熔化技术 10

1.2.6 激光近净成形技术 11

1.3 FDM三维打印实施步骤 12

1.3.1 FDM打印技术的应用 12

1.3.2 3D几何建模 13

1.3.3 STL模型数据处理 15

1.3.4 分层控制参数 15

1.3.5 开源3D打印机的打印参数设置 17

1.4 打印机和打印材料的选择 20

1.4.1 打印性能指标 20

1.4.2 打印材料性能 21

1.4.3 选择ABS还是PLA 22

1.5 3D打印在教育行业的应用 23

1.5.1 3D打印在各学科的创新应用 23

1.5.2 3D打印的课堂应用 27

第2章 UP桌面型3D打印机操作 29

2.1 UP的结构组成 29

2.1.1 机械部分 29

2.1.2 电器部分 29

2.1.3 打印软件安装 31

2.1.4 在Windows 8.1 上安装 31

2.2 打印准备工作 32

2.2.1 打印机初始化 32

2.2.2 打印平台调至水平 32

2.2.3 手工校准喷嘴高度 32

2.2.4 准备打印垫板 35

2.2.5 其他维护选项 35

2.3 UP打印软件的操作 36

2.3.1 3D模型操作 36

2.3.2 模型缩放与位置变换 37

2.3.3 模型的布局 38

2.4 UP打印机操作要点 39

2.4.1 打印工艺参数设置 39

2.4.2 打印质量的选择 42

2.4.3 STL模型数据错误及修复 42

2.4.4 清理打印模型 43

2.4.5 如何避免或减少打印件边缘翘曲 44

2.5 打印件的常见后处理 45

2.6 FDM打印零件几何精度误差成因及对策 46

2.6.1 CAD模型转化成STL文件带来的误差 47

2.6.2 STL分层过程带来的误差 48

2.6.3 设备工艺条件所导致的误差 49

第3章 3D打印建模技术 51

3.1 3D建模基础知识 51

3.1.1 3D建模途径 51

3.1.2 3D模型的计算机表示 52

3.2 3D建模方法 53

3.2.1 线框建模 54

3.2.2 曲面建模 55

3.2.3 曲线／曲面的光顺性评价 58

3.2.4 实体建模 59

3.2.5 多边形网格模型 62

3.3 3D建模技能 66

3.3.1 3D建模软件 66

3.3.2 OpenSCAD应用入门 68

3.3.3 SketchUP（免费版）应用实例 77

3.3.4 TinkerCAD应用实例 80

3.3.5 Siemens NX曲面建模实例 84

3.3.6 CAXA工业软件曲面建模实例 92

3.3.7 中望软件（ZW3D）建模实例 99

3.3.8 Autodesk Inventor 116

3.4 CAD数据转换 120

3.4.1 CAD快速成形系统间的常用数据接口类型 120

3.4.2 常用CAD系统的STL文件输出 121

第4章 3D扫描技术应用 122

4.1 3D扫描仪测量原理 122

4.1.1 逆向工程设计与3D扫描 122

4.1.2 3D扫描仪分类 123

4.1.3 3D扫描原理 124

4.1.4 扫描数据的曲面重构 128

4.2 工程型3D扫描仪应用 128

4.2.1 泰西Handy Scan扫描仪 129

4.2.2 泰西Capture 3D扫描仪的应用 132

4.2.3 用最佳拟合方式对齐点云 136

4.2.4 使用贴标记方式 146

4.3 消费型3D扫描仪应用 147

4.3.1 泰西Sense扫描仪 147

4.3.2 EAGLE EYES 3D扫描系统 148

4.3.3 基于拍照的3D建模 153

第5章 3D打印数据处理技术 155

5.1 STL数据文件及处理 155

5.1.1 STL文件的格式 155

5.1.2 STL文件的打印精度 157

5.1.3 STL文件的纠错规则 157

5.1.4 STL格式的局限性 160

5.2 如何使用Netfabb处理3D打印数据 161

5.2.1 软件的交互界面 161

5.2.2 模型检查 163

5.2.3 模型编辑 165

5.2.4 模型修复 168

5.2.5 模型测量 173

5.2.6 在Netfabb中创建参数化模型 174

5.3 3D扫描数据的处理与编辑 176

5.3.1 Netfabb修复人体面部数据的应用实例 176

5.3.2 MeshLab应用实例 184

5.3.3 MeshMixer应用实例 190

5.4 Geonmagic系列工程软件 196

第6章 3D设计与打印课题 198

6.1 几何拼图积木 198

6.1.1 平面几何拼图 199

6.1.2 孔明锁 202

6.1.3 孔明锁变形件设计 203

6.2 生活用品的创意设计 205

6.2.1 折叠圆珠笔 206

6.2.2 嵌有三维文字的圆珠笔 206

6.2.3 购物袋塑料提钩设计 208

6.3 卡通造型摆件打印 209

6.3.1 QQ公仔模型打印 210

6.3.2 Angry birds模型打印 211

6.3.3 基于折纸模型的逆向设计造型 212

6.3.4 3D打印件彩绘后处理 214

6.3.5 ABS打印件的丙酮熏蒸后处理 215

6.4 创意家居用品的打印 216

6.4.1 创意台灯的造型设计 217

6.4.2 彩色灯罩打印与灯具组装 218

6.4.3 六角亭小夜灯打印制作 220

6.4.4 镂空结构笔筒打印件 220

6.5 多面体空间结构的设计 222

6.5.1 在Siemens NX中构建正十二面体 223

6.5.2 半正则多面体 223

6.5.3 对偶多面体结构 224

6.5.4 多面体桁架结构 226

6.6 建筑模型打印 227

6.6.1 埃菲尔铁塔模型 228

6.6.2 两层独立别墅模型 230

6.7 拼接玩具的设计与打印 232

6.7.1 小车拼接模型 233

6.7.2 Lego积木模型 235

6.7.3 Lego车模 237

6.7.4 扩展设计：ArduinoLego机器人设计与打印 237

6.8 自行车手机夹的打印 237

6.8.1 设计图纸 238

6.8.2 打印及安装 240

6.9 机器乌龟打印 240

6.9.1 乌龟行走机构的原理 241

6.9.2 机器乌龟的零件设计与打印 242

6.9.3 制作的注意点 242

6.10 太阳能LED台灯设计与打印 245

6.10.1 产品描述 245

6.10.2 打印件的设计模型 246

6.10.3 电路与装配 246

6.10.4 扩展设计：可折叠的太阳能台灯 249

第7章 F1 in Schools全球设计挑战赛 250

7.1 F1 in Schools比赛对车体设计要求 251

7.1.1 翼型的设计 252

7.1.2 其他结构的设计 253

7.1.3 设计并制作一辆F1车模 256

7.2 F1 in Schools一体化实验室主要设备 257

7.3 4×4 Racing团队设计挑战赛 258

7.3.1 车辆基本设计要求 258

7.3.2 技术说明 259

7.3.3 设计并制作一辆符合4×4 in Schools规则的越野车 260

附录 261

附录A “3D设计与3D打印”培训项目简介 261

附录B “3D设计与3D打印”培训考核大纲 262

B.1 培训目标 262

B.2 培训内容及课时安排 262

B.3 考核评分规则 263

B.4 培训机构必须具备的基本条件 264

B.5 向媒体推介本培训项目 265

附录C “3D设计与打印”培训考核样题 265

C.1 模块A 产品造型设计与打印 265

C.2 模块B 结构／功能设计与3D打印 267

C.3 模块C 逆向工程与3D打印 269

C.4 模块D 机电集成设计与3D打印 270

附录D 如何下载本书的数据文件 271