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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PLA22

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 Inventor116

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