本書(shū)是一部用于在3D打印機(jī)上創(chuàng)建幾乎任何物品的權(quán) 威指南，本書(shū)將揭開(kāi)3D打印設(shè)計(jì)過(guò)程的神秘面紗，為那些剛接觸3D打印的新手、激情洋溢的藝術(shù)師、經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師、3D打印企業(yè)家和初次擁有一臺(tái)3D打印機(jī)的人士，提供正確的工作流程，以確保原始創(chuàng)意能夠被3D打印出來(lái)。本書(shū)探討了多種3D打印項(xiàng)目，重點(diǎn)是使用免費(fèi)提供的3D設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，采用一步步的技術(shù)，詳細(xì)描述了如何創(chuàng)建各種各樣的可3D打印對(duì)象，并解釋了樣條曲線、多邊形和實(shí)體模型之間的區(qū)別。讀者將會(huì)從本書(shū)中獲得對(duì)多種建模軟件深入了解，將學(xué)習(xí)到有機(jī)建模、硬邊建模和基于CAD的精 確建模工具之間的差異，并將它們應(yīng)用于制作可3D打印的設(shè)計(jì)、實(shí)用產(chǎn)品和個(gè)性化的藝術(shù)品。無(wú)論是一個(gè)需要精打細(xì)算的學(xué)生，或是正在探索3D打印研發(fā)項(xiàng)目的公司，本書(shū)將提供正確的工具和技術(shù)，以確保3D打印成功。本書(shū)適合3D打印愛(ài)好者、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、中小學(xué)3D創(chuàng)新課程任課教師學(xué)習(xí)參考。
隨著3D打印設(shè)計(jì)過(guò)程的持續(xù)發(fā)展，借助這一革命性的、令人著迷的技術(shù)，創(chuàng)客、藝術(shù)師和工程師之間緊密合作，將為尋找到新的重大突破鋪平了道路。如果沒(méi)有這些充滿活力的3D社區(qū)，我不可能完成本書(shū)。因此，我要向在前進(jìn)道路上給予我極大幫助的所有專(zhuān)業(yè)人士表示深深的感謝！必須非常感謝ToyBuilderLabs(www.toybuilderlabs.com)、MatterHackers(www.matterhackers.com)、Deezmaker(www.deezmaker.com)和3DPrintLife(www.3dprintlife.com)，是它們提供了耗材、建議、3D打印機(jī)（尤其是DeezmakerBukito）和其他用品等3D打印方面的援助。特別感謝要獻(xiàn)給PVNet（edu.pvnet.com），它為我提供了靈感，并把我介紹給我的技術(shù)審核員AlexChen。我還必須感謝3DPrinterWorld、JoanHorvath、帕薩迪納城市學(xué)院和南加州大學(xué)，幫助我在3D打印社區(qū)中建立起持續(xù)發(fā)展的關(guān)系。尤其是要感謝我的家人給予我關(guān)于設(shè)計(jì)和教育方面的創(chuàng)造性夢(mèng)想的大力支持！
最后獻(xiàn)詞會(huì)獻(xiàn)給我的兒子和未來(lái)的一代——用堅(jiān)毅、奉獻(xiàn)精神、想象力去努力追求，為使我們大家的世界變得更美好！
喬•米卡勒夫
3D打印（增材制造）技術(shù)被委以“引發(fā)制造業(yè)革命”的重任，在《中國(guó)制造2025》國(guó)家戰(zhàn)略中也占有重要的地位。經(jīng)過(guò)前幾年的爆發(fā)期與發(fā)展期，中國(guó)3D打印市場(chǎng)也在以幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，目前，3D打印已廣泛滲透于各行各業(yè)，不斷探索這種技術(shù)的應(yīng)用潛能。國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)了陶瓷3D打印，食品3D打印機(jī)的功能在不斷完善，3D打印在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用有了新的突破，在通過(guò)醫(yī)療審批后，3D打印人體植入物會(huì)解決更多患者的病痛。2016年6月，國(guó)外提出了噴射成型的新型金屬3D打印技術(shù)：Xjet，能像墨水打印一樣打印液態(tài)金屬，據(jù)稱(chēng)它幾乎能解決金屬成型3D打印技術(shù)的所有缺點(diǎn)，如果該技術(shù)能夠解決致密度問(wèn)題，3D打印就會(huì)對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。
3D打印對(duì)教育行業(yè)也產(chǎn)生了深刻的變革。2016年，在國(guó)家的大力支持下，全國(guó)大城市的中小學(xué)幾乎都配置了3D打印機(jī)。STEAM的教育理念在國(guó)內(nèi)得到認(rèn)可，這是面向新知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的重實(shí)踐的超學(xué)科教育概念。讓思維可見(jiàn)，讓創(chuàng)意可行，借助3D打印技術(shù)，讓學(xué)生在新的體驗(yàn)中培養(yǎng)創(chuàng)造力和享受學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，真正培養(yǎng)出適合未來(lái)社會(huì)發(fā)展所需要的合格人才。
一切看起來(lái)都很美好，但整個(gè)3D打印領(lǐng)域都面臨著人才稀缺的難題，在教育培訓(xùn)領(lǐng)域則尤為突出，幾乎沒(méi)有一所學(xué)校系統(tǒng)性開(kāi)設(shè)3D打印專(zhuān)業(yè)。國(guó)內(nèi)眾多3D打印愛(ài)好者缺乏3D設(shè)計(jì)方面的入門(mén)教程，中小學(xué)相關(guān)教師也急需得到這方面的系統(tǒng)培訓(xùn)。為普及3D打印設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，譯者自2014年起，業(yè)余時(shí)間陸續(xù)翻譯和編寫(xiě)了有關(guān)3D打印設(shè)計(jì)方面的初級(jí)教程，基本涵蓋了中小學(xué)、創(chuàng)客教育所需的3D建模知識(shí)，出版后取得了良好的社會(huì)反響。其中《3D打印建模：Autodesk123DDesign詳解與實(shí)戰(zhàn)》已是第三次印刷，國(guó)內(nèi)一些中小學(xué)教師參考該書(shū)開(kāi)展了教學(xué)，而《3D打印建模：AutodeskMeshmixer實(shí)用基礎(chǔ)教程》是國(guó)內(nèi)第一本講解Meshmixer使用方法的教程，這兩個(gè)軟件在本書(shū)中也是重點(diǎn)講解的內(nèi)容。
針對(duì)3D打印的設(shè)計(jì)，是數(shù)字建模的一個(gè)子集，有別于日常生活中所常見(jiàn)的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)。3D打印設(shè)計(jì)是如何得到數(shù)字模型，然后生成.stl文件的過(guò)程（目前如此，以后可能會(huì)統(tǒng)一到新的文件格式），對(duì)初學(xué)者而言，選用何種軟件是非常重要的。個(gè)人認(rèn)為應(yīng)用軟件的難易程度是分層次的，過(guò)于復(fù)雜的專(zhuān)業(yè)軟件根本不適合初學(xué)者。先從簡(jiǎn)單的軟件入手，理解3D建模的概念，循序漸進(jìn)，然后再根據(jù)自己的發(fā)展方向升級(jí)到專(zhuān)業(yè)軟件。我過(guò)去選擇軟件的思路是既要簡(jiǎn)單易用，又要有專(zhuān)業(yè)軟件與之對(duì)應(yīng)，這也與本書(shū)作者的思路不謀而合，只不過(guò)是作者介紹了Sculptris雕刻軟件（對(duì)應(yīng)Zbrush），我選擇了CubifySculpt（對(duì)應(yīng)FreeForm），原因是CubifySculpt的界面足夠簡(jiǎn)潔，易于被孩子們接受，功能同樣強(qiáng)大，而且能直接雕刻導(dǎo)入的.stl文件。順便提一句，本書(shū)作者喬•米卡勒夫（JoeMicallef）有過(guò)十年的平面設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我接觸平面設(shè)計(jì)的時(shí)間更長(zhǎng)些，深刻體會(huì)到平面設(shè)計(jì)基礎(chǔ)對(duì)于3D建模的重要性。
《3D打印設(shè)計(jì)入門(mén)教程》是一本全面講解3D打印建模所需知識(shí)的上手指南，從目前3D打印所能實(shí)現(xiàn)的功能開(kāi)篇，介紹了3D打印的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)策略，以及準(zhǔn)備模型用于3D打印的全部知識(shí)，分類(lèi)講解了實(shí)體建模、有機(jī)（本書(shū)主要指雕刻）建模技術(shù)，混合使用這些技術(shù)進(jìn)行定制化的技術(shù)。本書(shū)示例豐富，配以大量圖例，以幫助新手能夠順利進(jìn)入3D設(shè)計(jì)之門(mén)。書(shū)中還對(duì)3D設(shè)計(jì)中的概念做了詳細(xì)的解釋?zhuān)棺x者正確理解3D設(shè)計(jì)，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)軟件打下良好的基礎(chǔ)。作者非常注重設(shè)計(jì)流程，通過(guò)學(xué)習(xí)，每一位新人都應(yīng)該能夠完成針對(duì)3D打印的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。
本書(shū)涉及了3D打印設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容，國(guó)內(nèi)正缺乏一本這樣的入門(mén)教程，本書(shū)的出版將結(jié)束國(guó)內(nèi)3D打印入門(mén)階段教學(xué)內(nèi)容支離破碎的局面，是廣大3D打印愛(ài)好者的福音。本書(shū)適合3D打印愛(ài)好者、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、中小學(xué)3D創(chuàng)新課程任課教師學(xué)習(xí)參考。
把3D設(shè)計(jì)寫(xiě)得足夠簡(jiǎn)單且內(nèi)容豐富，是個(gè)矛盾體，我也深深體會(huì)到這種“糾結(jié)”，為把一個(gè)過(guò)去面向?qū)I(yè)人員的概念，如何向普通大眾解釋清楚而絞盡腦汁。感謝本書(shū)作者編寫(xiě)這樣一本教程，它是一把鑰匙，將為更多渴望學(xué)習(xí)3D打印知識(shí)的新人打開(kāi)神奇的大門(mén)！
如果想更全面深入地掌握Autodesk123DDesign和Meshmixer用法，也可參考我編寫(xiě)的專(zhuān)門(mén)教程。不過(guò)，對(duì)于初學(xué)者而言，建議在項(xiàng)目中學(xué)習(xí)，不要過(guò)度追求建模技術(shù)，而犧牲享受3D打印成功的樂(lè)趣，你的打印項(xiàng)目就是一個(gè)制造過(guò)程，上手大膽去做吧！
由于譯者水平有限，不足之處在所難免，希望廣大讀者提出寶貴意見(jiàn)，以幫助完善本書(shū)。
陳啟成
譯者序
前言
第1章 3D打印能夠做什么？1
1.1 應(yīng)用3D打印，設(shè)計(jì)進(jìn)入了新時(shí)代2
1.2 借助3D打印，實(shí)現(xiàn)新創(chuàng)意的可行性6
1.2.1 3D打印日常物品6
1.2.2 重新改進(jìn)普通物品7
1.2.3 3D打印在校園8
1.2.4 超越了雕塑、結(jié)構(gòu)和形狀的界限9
1.2.5 3D打印對(duì)傳統(tǒng)雕塑的補(bǔ)充10
1.2.6 制作過(guò)去無(wú)法做出的物品11
1.2.7 3D打印在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用12
1.2.8 3D打印珠寶和奢侈品14
1.2.9 3D打印的時(shí)尚品和可穿戴設(shè)備16
1.2.10 個(gè)人制造3D打印的玩具16
1.2.11 3D打印無(wú)人機(jī)和機(jī)器人17
1.3 遷移到3D打印18
1.3.1 不斷發(fā)展的材料技術(shù)19
1.3.2 軟件設(shè)計(jì)方面的進(jìn)步23
1.3.3 開(kāi)源社區(qū)的促進(jìn)作用24
1.3.4 眾籌推動(dòng)新機(jī)型的發(fā)展26
1.3.5 新的創(chuàng)客文化27
1.4 新創(chuàng)企業(yè)伴隨3D打印普及而成長(zhǎng)28
1.5 增材制造VS減材制造31
1.6 設(shè)計(jì)和制造方式的轉(zhuǎn)變：這是制造業(yè)復(fù)興的開(kāi)始嗎？33
1.7 小結(jié)35
第2章 探索3D打印的設(shè)計(jì)技術(shù)36
2.1 你成了工廠36
2.2 評(píng)審你的設(shè)計(jì)方案37
2.3 為3D打印生成創(chuàng)意：從哪里開(kāi)始？38
2.3.1 草圖對(duì)完善創(chuàng)意的重要性38
2.3.2 利用在線模型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)創(chuàng)建和修改對(duì)象45
2.3.3 逆向工程是必不可少的47
2.3.4 混搭制造和套件拼裝49
2.3.5 探索藝術(shù)和有機(jī)雕刻技術(shù)56
2.3.6 使用3D掃描來(lái)修改已存在的物體58
2.3.7 攝影測(cè)量59
2.3.8 激光雷達(dá)掃描59
2.3.9 記住：形狀復(fù)雜度是任意的64
2.4 使用免費(fèi)的3D建模軟件開(kāi)始設(shè)計(jì)67
2.5 本書(shū)所使用的3D軟件概述68
2.5.1 Autodesk Tinkercad68
2.5.2 OpenSCAD69
2.5.3 Microsoft 3D Builder70
2.5.4 FreeCAD71
2.5.5 Autodesk 123D Design72
2.5.6 Pixologic Sculptris73
2.5.7 Autodesk Meshmixer74
2.5.8 Blender75
2.6 3D打印所需的額外技能76
2.7 小結(jié)76
第3章 開(kāi)始設(shè)計(jì)一個(gè)盒子77
3.1 需要用到的工具78
3.2 使用基本構(gòu)建物體開(kāi)始：立方體、球體和圓柱體78
3.3 在Tinkercad中設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的盒子79
3.3.1 Tinkercad入門(mén)80
3.3.2 如何使用Tinkercad83
3.4 在Tinkercad中創(chuàng)建盒子83
3.4.1 拖放一個(gè)立方體到工作平面83
3.4.2 縮放立方體到正確尺寸85
3.4.3 復(fù)制立方體來(lái)創(chuàng)建挖空的盒子85
3.4.4 在Tinkercad中復(fù)制對(duì)象86
3.4.5 縮小并對(duì)齊立方體86
3.4.6 通過(guò)復(fù)制較大的立方體創(chuàng)建蓋子88
3.4.7 縮小較大的立方體89
3.4.8 利用顏色編碼來(lái)幫助選擇/識(shí)別模型中部件的解釋89
3.4.9 在蓋子上創(chuàng)建一個(gè)凸臺(tái)91
3.4.10 使用Tinkercad的孔操作，執(zhí)行布爾差分運(yùn)算92
3.4.11 為蓋子添加一個(gè)把手93
3.5 在OpenSCAD中設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的盒子95
3.5.1 OpenSCAD入門(mén)96
3.5.2 如何使用OpenSCAD97
3.6 在OpenSCAD中構(gòu)建盒子97
3.7 小結(jié)100
第4章 為3D打印盒子做好準(zhǔn)備101
4.1 3D打印制作流程103
4.2 使用3D打印機(jī)的四條途徑103
4.3 確保3D模型準(zhǔn)備就緒，可供3D打印104
4.4 確保3D打印成功的最終設(shè)計(jì)因素106
4.4.1 因素1：將使用什么類(lèi)型的3D打印工藝？106
4.4.2 因素2：最終輸出尺寸108
4.4.3 因素3：部件在打印床上擺放的朝向109
4.4.4 因素4：支撐結(jié)構(gòu)110
4.4.5 因素5：耗材類(lèi)型112
4.5 測(cè)試、探索和試驗(yàn)113
4.6 使用軟件工具來(lái)驗(yàn)證3D模型的可打印性能114
4.7 在Meshmixer中為3D打印盒子做好準(zhǔn)備114
4.7.1 Meshmixer中視圖導(dǎo)航115
4.7.2 使用Meshmixer準(zhǔn)備用于3D打印的Box.stl文件116
4.7.3 使用Select（選擇）工具，正確重定向盒子中的部件118
4.7.4 使用Move（移動(dòng)）工具，把蓋子移動(dòng)到構(gòu)建平臺(tái)的基面120
4.7.5 輸出到打印機(jī)121
4.7.6 調(diào)整.stl文件的大小122
4.7.7 修復(fù)模型122
4.7.8 添加支撐結(jié)構(gòu)123
4.7.9 發(fā)送到打印機(jī)、輸出或發(fā)送到服務(wù)機(jī)構(gòu)125
4.8 在Cura中為3D打印盒子做好準(zhǔn)備125
4.8.1 在Cura中打開(kāi)Box.stl127
4.8.2 在Cura中創(chuàng)建支撐129
4.8.3 在Cura中更改尺寸和朝向129
4.8.4 在Cura中生成G代碼131
4.9 在MatterControl中為3D打印盒子做好準(zhǔn)備131
4.9.1 載入Box.stl文件到MatterControl132
4.9.2 在MatterControl中重設(shè)尺寸和安排模型133
4.9.3 生成支撐133
4.9.4 在MatterControl中生成G代碼133
4.9.5 從MatterControl中連接一臺(tái)3D打印機(jī)直接打印134
4.10 在Slic3r中為3D打印盒子做好準(zhǔn)備134
4.10.1 添加Box.stl文件到Slic3r135
4.10.2 使用Slic3r在打印床上縮放和排列文件135
4.10.3 創(chuàng)建支撐材料136
4.10.4 在Slic3r中生成G代碼136
4.11 使用Netfabb修正網(wǎng)格錯(cuò)誤136
4.11.1 載入盒子文件到Netfabb中137
4.11.2 使用Netfabb修正網(wǎng)格錯(cuò)誤137
4.11.3 為你的3D打印機(jī)配置Netfabb138
4.12 小結(jié)139
第5章 簡(jiǎn)單形狀的創(chuàng)新應(yīng)用140
5.1 從基本形狀開(kāi)始141
5.1.1 字母、數(shù)字、符號(hào)和附加形狀141
5.1.2 附加形狀153
5.1.3 孔類(lèi)形狀154
5.2 形狀生成器154
5.2.1 文本生成器155
5.2.2 Voronoi形狀生成器156
5.2.3 圖像浮雕生成器158
5.2.4 拉伸生成器159
5.2.5 環(huán)形生成器160
5.3 創(chuàng)建自己的形狀生成器161
5.3.1 收藏夾162
5.3.2 Tinkerplay1
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