STEM教育培训系列 3D设计与3D打印
作者：杨伟群 编著
出版时间：2015年版
丛编项：STEM教育培训系列
内容简介
近年来随着消费型桌面3D打印机及其耗材成本持续下降，桌面3D打印机开始进入学校和普通家庭。桌面3D打印机属于智力设计创作工具，要求用户具有一定的技术和设计素养，尤其需要具有3D建模、3D扫描、手工制作方面的动脑与动手能力。本书全面介绍桌面型3D打印技术的原理、方法和应用案例，强调利用3D打印技术解决日常生活和教学中的问题，是一本基于项目案例的培训教材。《3D设计与3D打印》案例均取材于日常生活，全部项目均经过实际打印验证。
《3D设计与3D打印》是和国家有关部委合作开展全国性3D打印技术师资培训活动的主教材，同时也可以作为各类学校的创新设计、职业培训、劳动技术或通用技术课程的实训教材以及各类企、事业教育培训机构的3D打印技术推广应用培训教材。
目录
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第1章 3D打印技术综述
1.1 3D打印工作原理
1.1.1 增材制造基本原理
1.1.2 3D打印技术的专利来源
1.1.3 3D打印系统配置
1.2 3D打印主流技术
1.2.1 熔融沉积造型技术
1.2.2 光固化立体造型技术
1.2.3 3D印刷或选择性黏结打印技术
1.2.4 选择性激光烧结技术
1.2.5 选区激光熔化技术
1.2.6 激光近净成形技术
1.3 FDM三维打印实施步骤
1.3.1 FDM打印技术的应用
1.3.2 3D几何建模
1.3.3 STL模型数据处理
1.3.4 分层控制参数
1.3.5 开源3D打印机的打印参数设置
1.4 打印机和打印材料的选择
1.4.1 打印性能指标
1.4.2 打印材料性能
1.4.3 选择ABS还是PLA
1.5 3D打印在教育行业的应用
1.5.1 3D打印在各学科的创新应用
1.5.2 3D打印的课堂应用
第2章 UP桌面型3D打印机操作
2.1 UP的结构组成
2.1.1 机械部分
2.1.2 电器部分
2.1.3 打印软件安装
2.1.4 在Windows 8.1上安装
2.2 打印准备工作
2.2.1 打印机初始化
2.2.2 打印平台调至水平
2.2.3 手工校准喷嘴高度
2.2.4 准备打印垫板
2.2.5 其他维护选项
2.3 UP打印软件的操作
2.3.1 3D模型操作
2.3.2 模型缩放与位置变换
2.3.3 模型的布局
2.4 UP打印机操作要点
2.4.1 打印工艺参数设置
2.4.2 打印质量的选择
2.4.3 STL模型数据错误及修复
2.4.4 清理打印模型
2.4.5 如何避免或减少打印件边缘翘曲
2.5 打印件的常见后处理
2.6 FDM打印零件几何精度误差成因及对策
2.6.1 CAD模型转化成STL文件带来的误差
2.6.2 STL分层过程带来的误差
2.6.3 设备工艺条件所导致的误差
第3章 3D打印建模技术
3.1 3D建模基础知识
3.1.1 3D建模途径
3.1.2 3D模型的计算机表示
3.2 3D建模方法
3.2.1 线框建模
3.2.2 曲面建模
3.2.3 曲线/曲面的光顺性评价
3.2.4 实体建模
3.2.5 多边形网格模型
3.3 3D建模技能
3.3.1 3D建模软件
3.3.2 OpenSCAD应用入门
3.3.3 SketchUP（免费版）应用实例
3.3.4 TinkerCAD应用实例
3.3.5 Siemens NX曲面建模实例
3.3.6 CAXA工业软件曲面建模实例
3.3.7 中望软件(ZW3D)建模实例
3.3.8 Autodesk Inventor
3.4 CAD数据转换
3.4.1 CAD／快速成形系统间的常用数据接口类型
3.4.2 常用CAD系统的STL文件输出
第4章 3D扫描技术应用
4.1 3D扫描仪测量原理
4.1.1 逆向工程设计与3D扫描
4.1.2 3D扫描仪分类
4.1.3 3D扫描原理
4.1.4 扫描数据的曲面重构
4.2 工程型3D扫描仪应用
4.2.1 泰西Handy Scan扫描仪
4.2.2 泰西Capture 3D扫描仪的应用
4.2.3 用最佳拟合方式对齐点云
4.2.4 使用贴标记方式
4.3 消费型3D扫描仪应用
4.3.1 泰西Sense扫描仪
4.3.2 EAGLE EYES 3D扫描系统
4.3.3 基于拍照的3D建模
第5章 3D打印数据处理技术
5.1 STL数据文件及处理
5.1.1 STL文件的格式
5.1.2 STL文件的打印精度
5.1.3 STL文件的纠错规则
5.1.4 STL格式的局限性
5.2 如何使用Netfabb处理3D打印数据
5.2.1 软件的交互界面
5.2.2 模型检查
5.2.3 模型编辑
5.2.4 模型修复
5.2.5 模型测量
5.2.6 在Netfabb中创建参数化模型
5.3 3D扫描数据的处理与编辑
5.3.1 Netfabb修复人体面部数据的应用实例
5.3.2 MeshLab应用实例
5.3.3 MeshMixer应用实例
5.4 Geomagic系列工程软件
第6章 3D设计与打印课题
6.1 几何拼图积木
6.1.1 平面几何拼图
6.1.2 孔明锁
6.1.3 孔明锁变形件设计
6.2 生活用品的创意设计
6.2.1 折叠圆珠笔
6.2.2 嵌有三维文字的圆珠笔
6.2.3 购物袋塑料提钩设计
6.3 卡通造型摆件打印
6.3.1 QQ公仔模型打印
6.3.2 Angry birds模型打印
6.3.3 基于折纸模型的逆向设计造型
6.3.4 3D打印件彩绘后处理
6.3.5 ABS打印件的丙酮熏蒸后处理
6.4 创意家居用品的打印
6.4.1 创意台灯的造型设计
6.4.2 彩色灯罩打印与灯具组装
6.4.3 六角亭小夜灯打印制作
6.4.4 镂空结构笔筒打印件
6.5 多面体空间结构的设计
6.5.1 在Siemens NX中构建正十二面体
6.5.2 半正则多面体
6.5.3 对偶多面体结构
6.5.4 多面体桁架结构
6.6 建筑模型打印
6.6.1 埃菲尔铁塔模型
6.6.2 两层独立别墅模型
6.7 拼接玩具的设计与打印
6.7.1 小车拼接模型
6.7.2 Lego积木模型
6.7.3 Lego车模
6.7.4 扩展设计：Arduino Lego机器人设计与打印
6.8 自行车手机夹的打印
6.8.1 设计图纸
6.8.2 打印及安装
6.9 机器乌龟打印
6.9.1 乌龟行走机构的原理
6.9.2 机器乌龟的零件设计与打印
6.9.3 制作的注意点
6.10 太阳能LED台灯设计与打印
6.10.1 产品描述
6.10.2 打印件的设计模型
6.10.3 电路与装配
6.10.4 扩展设计：可折叠的太阳能台灯
第7章 F1 in Schools全球设计挑战赛
7.1 F1 in Schools比赛对车体设计要求
7.1.1 翼型的设计
7.1.2 其他结构的设计
7.1.3 设计并制作一辆F1车模
7.2 F1 in Schools一体化实验室主要设备
7.3 4×4 Racing团队设计挑战赛
7.3.1 车辆基本设计要求
7.3.2 技术说明
7.3.3 设计并制作一辆符合4×4 in Schools规则的越野车
附录
附录A “3D设计与3D打印”培训项目简介
附录B “3D设计与3D打印”培训考核大纲
B.1 培训目标
B.2 培训内容及课时安排
B.3 考核评分规则
B.4 培训机构必须具备的基本条件
B.5 向媒体推介本培训项目
附录C “3D设计与打印”培训考核样题
C.1 模块A产品造型设计与打印
C.2 模块B结构/功能设计与3D打印
C.3 模块C逆向工程与3D打印
C.4 模块D机电集成设计与3D打印
附录D 如何下载本书的数据文件