解析3D打印机：3D打印机的科学与艺术

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。本书强调动手实践，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。
本书分为三部分。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。

目录

目 录
译者序
前言
第1章　3D打印机的世界 1
1.1　格雷伯爵茶，热的 1
1.2　3D打印机如何工作 2
1.2.1　笛卡儿机械 3
1.2.2　热熔塑料进料头 3
1.2.3　打印托盘 4
1.2.4　直线运动导轨 4
1.2.5　挡块 5
1.2.6　框架 6
1.3　现有的3D打印机 7
1.3.1　RepRap类型 7
1.3.2　Box Bot类型 9
1.3.3　RepStrap类型 12
1.3.4　Upstart类型 13
1.4　选择合适的3D打印机 15
1.4.1　3D打印机汇总 16
1.4.2　打印区域比较 16
1.4.3　购买套件或者自己组装 17
1.5　选择正确的材料 18
1.5.1　热熔丝材料 19
1.5.2　热熔丝的直径 19
1.5.3　购买热熔丝 20
1.6　基本工具 20
1.6.1　手工工具 20
1.6.2　电子工具 21
1.6.3　打印辅助材料 22
1.7　小结 23
第2章　3D打印机的工作链 24
2.1　从3D模型到3D实物 24
2.1.1　3D模型 25
2.1.2　分层和路径文件 25
2.1.3　打印控制软件简介 26
2.2　什么是工作链 26
2.3　电子器件 27
2.3.1　RepRap Arduino Mega Pololu 扩展板 29
2.3.2　Sanguinololu 30
2.3.3　Printrboard 31
2.4　固件 32
2.4.1　Sprinter 33
2.4.2　Marlin 33
2.4.3　SJFW 34
2.4.4　MakerBot 34
2.5　分层软件 34
2.5.1　Skeinforge 36
2.5.2　SFACT 36
2.5.3　Slic3r 37
2.6　打印控制软件 37
2.6.1　ReplicatorG 38
2.6.2　Pronterface 40
2.6.3　RepSnapper 41
2.6.4　Repetier-Host 41
2.6.5　netfabb Engine 42
2.7　小结 43
第3章　校准打印机 44
3.1　第一步 44
3.1.1　连接设备 45
3.1.2　让打印机动起来 45
3.1.3　初始位置 47
3.1.4　加热 47
3.2　打印概述 49
3.2.1　下载模型 49
3.2.2　模型分层 50
3.2.3　打印模型 50
3.3　打印设置 50
3.3.1　打印机和热熔丝 54
3.3.2　打印速度 56
3.4　打印兔子 57
3.5　校准打印 58
3.5.1　从打印托盘开始 58
3.5.2　圆，圆，圆 60
3.5.3　金字塔 61
3.6　固件设置 62
3.6.1　初始化设置 63
3.6.2　轴运动校准 63
3.6.3　机械设置 65
3.6.4　更新固件 65
3.7　小结 66
第4章　云端的3D模型 67
4.1　查找并共享3D模型 67
4.1.1　Thingiverse 67
4.1.2　Google 3D模型库 73
4.2　基于Web的实体建模软件介绍 77
4.2.1　3DTin 77
4.2.2　Tinkercad 79
4.3　项目：外星侵略者 82
4.3.1　从像素块开始 82
4.3.2　拉伸模型 83
4.3.3　保存并导出STL文件以进行打印 84
4.3.4　打印成实物 85
4.4　小结 86
第5章　3D文字 87
5.1　制作矢量图 87
5.1.1　使用Inkscape 87
5.1.2　用Inkscape绘制图形 88
5.1.3　Inkscape中的路径操作 90
5.1.4　书写文字 92
5.2　设计3D文字 93
5.2.1　准备矢量图 94
5.2.2　准备文件 96
5.3　拉伸矢量图 98
5.3.1　使用OpenSCAD 99
5.3.2　在OpenSCAD中建立模型 99
5.3.3　模型的合并和消除 100
5.3.4　移动和旋转模型 101
5.4　2D到3D 103
5.4.1　有趣的变化 103
5.4.2　打印成实物 108
5.5　小结 108
第6章　蒸汽朋克军舰 109
6.1　中级OpenSCAD技术 109
6.1.1　变量 110
6.1.2　特殊变量

摘要与插图

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，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。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，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（http://reprap.org/wiki/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。