刘利钊，男，博士，副教授，硕士生导师。快速制造国家工程研究中心厦门研发中心研发部长，厦门理工&三维泰柯3D打印工程研发中心负责人，厦门市经济和信息化局信息化副处长，厦门市发改委重点项目管理处副处长，厦门市信息化专家，厦门市发展改革评审专家。三维泰柯（厦门）电子科技有限公司技术总监，多维泰特（厦门）智能科技有限公司，泛维智连（厦门）软件有限公司技术总监。厦门理工学院计算机与信息工程学术骨干。

近年来，主要从事智能制造、3D打印、大数据、图形图像、信息安全、无人机的科学研究和教学工作，先后参与国家985工程某密项目、国家973重点工程、国家自然科学基金、福建省自然科学基金、厦门市科技计划项目等10余项，荣获中国计算机学会、中国通信学会、台湾省软件学会、北京大学、复旦大学、厦门大学等多项学术奖。在《计算机学报》、《软件学报》、《中国通信》、《清华大学学报》、《上海交大学报》等知名期刊上发表学术论文50余篇，其中SCI、EI收录30余篇次。2015年受邀至北京人民大会堂为相关国家领导人做智能制造专题报告。

本书从技术简介、技能知识、技能素养、技术实例、技术实施五个角度着手，各部分内容中分别加入相应的交叉知识点和综合知识点，从实际出发、用通俗易懂的语言阐述了3D打印组装维护和设计应用内容。全书包含四个章节、一个附录，共五个部分。第一章为3D打印概述部分，涵盖了3D打印技术发展脉络、原理和流程、各类型3D打印技术和3D打印机体结构、3D打印耗材等内容，并对3D打印技术的未来做了集约化的展望。第二章为3D打印组装与维护部分，以3Dtakers的3D打印机为例、详解了打印机从无到有、从有到通、从通到精的方法与过程，内容中涵盖了3Dtakers的嵌入式软硬件、嵌入式控制系统、控制电路和电机驱动、机械结构等重要内容。第三章为3D打印设计部分，以十二个生动的实际案例，由浅入深、从易到难的详解了面向3D打印软硬件的设计方法，给出了能够提高设计质量和打印成功率、促进打印稳定性的设计技巧与避免事项；以泛维智连手机智能3D照片视频建模系统为例，讲解了使用智能手机即可进行全自动三维扫描建模的方法和流程。第四章为3D打印应用部分，以建筑和BIM、航空航天、汽车制造、生物医疗、文化创意五个领域为例、介绍了3D打印设备和技术的多领域应用方法与方式，为读者开拓思路、启迪思想。附录详细而有序的列出3Dtakers打印机组件，为读者快速掌握3D打印机结构提供帮助。

3D打印概述

3D打印，是一种快速制造技术，其核心思想起源于19世纪的照相雕塑技术（photosculpture）和地貌成型技术（potography），但受到当时材料、计算机等学科技术的限制，而没有得到广泛应用和商业化。之后，技术的正式研究始于20世纪70年代，直到20世纪80年代后期得以发展和推广。

3D打印的概念是：以数字模型文件为基础，运用液体、固体、气体等材料，通过逐层或逐区域正向增长的方式来构造三维物体,所制造结果可具有论证价值、直接和间接使用价值。体现了信息技术、控制技术、先进材料技术、数字制造技术的密切结合，是先进制造、高端制造、快速制造的重要组成部分。

1.1 3D打印发展脉络

3D打印技术诞生于上世纪80年代的美国， 1984年，Charles Hull开始研发3D打印技术。1986年，Charles Hull率先推出光固化方法(stereo lithography apparatus，SLA)，这是3D打印技术发展的一个里程碑。同年，他创立了世界上第一家3D打印设备的3D Systems公司。该公司于1988年开发出了第一台商业3D印刷机SLA-250。

1988年，美国人Scott Crump发明了另外一种3D打印技术——熔融沉积制造(fused deposition modeling，FDM)，并成立了Stratasys公司，该公司在1992年卖出了第一台商用3D打印机。FDM 3D打印技术是理想的消费类3D打印机技术，它简便易用、成型过程可控且无光学或电磁危害，其使用成本低、维护成本低、材料成本低，整机具有相对的价格优势。

1989年由美国德克萨斯州大学奥斯汀分校的C.R.Dechard博士发明了选择性激光烧结法(selective laser sintering，SLS)并获得专利，1992年开发了商业成型机。其原理是利用高强度激光将材料粉末烧结直至成型，应用该种技术开发的3D打印机，其设备成本、维护成本、材料成本高，一般机器体型较大，运输和使用不便。

第1章 3D打印概述………………………………………… 001

1.1 3D打印发展脉络……………………………………… 001

1.2 3D打印原理和流程…………………………………… 002

1.3 3D打印技术简介……………………………………… 003

1.3.1 光固化成型技术… ……………………………… 003

1.3.2 熔丝沉积成型技术……………………………… 004

1.3.3 选择性激光烧结成型技术……………………… 005

1.3.4 三维粉末粘结成型技术… ……………………… 006

1.3.5 分层实体制造成型技术… ……………………… 007

1.3.6 数字光处理成型技术… ………………………… 008

1.3.7 其它3D打印成型技术…………………………… 009

1.4 常见的3D打印机机体结构简介……………………… 010

1.4.1 三角型结构… …………………………………… 011

1.4.2 矩形盒式结构…………………………………… 011

1.4.3 矩形杆式结构…………………………………… 012

1.4.4 三角爪式结构… ………………………………… 013

1.5 国内外3D打印发展现状简述………………………… 014

1.6 3D打印耗材简述……………………………………… 016

1.7 3D打印发展趋势和总结……………………………… 017

第2章 3D打印机组装与维护……………………………… 019

2.1 3Dtakers桌面型打印机简介… ……………………… 019

2.2 3D打印机的组装……………………………………… 020

2.2.1 机架结构与传动模块组装……………………… 021

2.2.2 线路模块组装…………………………………… 030

2.2.3 打印头安装及调试……………………………… 033

2.2.4 平台模块安装及水平调试……………………… 036

2.2.5 打印材料安装…………………………………… 037

2.2.6 整机调试………………………………………… 040

2.2.7 取下打印的物体… ……………………………… 044

2.3 3D打印机的维护……………………………………… 045

2.3.1 常见问题与解决方案… ………………………… 045

2.3.2 打印头堵料故障排除…………………………… 053

第3章 3D打印设计………………………………………… 055

3.1 3D打印设计概述……………………………………… 055

3.2 3D打印设计案例……………………………………… 056

3.3 3D打印模型设计注意事项…………………………… 121

3.4 智能3D照片视频建模软件的使用…………………… 126

3.4.1 照片建模步骤… ……………………………… 128

3.4.2 视频建模步骤…………………………………… 130

第4章 3D打印应用………………………………………… 133

4.1 3D打印在建筑领域的应用…………………………… 133

4.2 3D打印在航空航天领域的应用……………………… 136

4.3 3D打印在汽车制造领域的应用……………………… 139

4.4 3D打印在医疗领域的应用…………………………… 140

4.5 3D打印在文化创意领域的应用……………………… 143

附录………………………………………………………… 147