3D打印：三維智能數(shù)字化創(chuàng)造（第3版 全彩）

第1章 3D打印與“全球第四次工業(yè)革命” 1
1.1 3D 打印 ：體驗造物奇跡 1
1.2 全球第四次工業(yè)革命的導(dǎo)火索 11
1.2.1 從“第一次工業(yè)革命”到“第四次工業(yè)革命” 11
1.2.2 3D 打印的顯著優(yōu)勢 12
1.2.3 3D 打印的應(yīng)用現(xiàn)狀 14
1.3 對 3D 打印的質(zhì)疑 16
1.3.1 來自傳統(tǒng)制造業(yè)大佬的質(zhì)疑 ：不看好 3D 打印 16
1.3.2 關(guān)于“3D 打印技術(shù)的可實現(xiàn)性”釋疑 17
1.3.3 關(guān)于“3D 打印技術(shù)的經(jīng)濟性”釋疑 17
1.3.4 關(guān)于“3D 打印產(chǎn)業(yè)的成長性”釋疑 19
1.4 3D 智能數(shù)字化與 3D 打印 ：用“虛擬”再造“現(xiàn)實” 20
1.4.1 3D 智能數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 21
1.4.2 智能數(shù)字化掃描技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 22
1.4.3 智能云網(wǎng) ：云端智能服務(wù)和云制造 23
1.4.4 3D 打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 24
1.5 創(chuàng)客 DIY ：新工業(yè)革命的啟蒙運動 26
1.5.1 以小博大 ：創(chuàng)客挑戰(zhàn)巨頭公司 27
1.5.2 聚沙成塔 ：改變工業(yè)社會的組成結(jié)構(gòu) 28
1.6 “中國制造”向“中國智造”轉(zhuǎn)變的機遇 29
1.6.1 “中國制造”須轉(zhuǎn)型升級 29
1.6.2 來自“德國制造”的啟示 30
1.6.3 “中國智造”的發(fā)展機遇 31
第2章 3D打印機的原理與種類 37
2.1 3D 打印時間簡史──源自 1860 年 37
2.2 3D 打印機的工作原理和家族 41
2.2.1 3D 打印機的工作原理與流程 41
2.2.2 FDM ：熔融沉積成型（FFF ：熔絲制造） 42
2.2.3 3DP ：三維打印黏結(jié)成型（噴墨沉積） 44
2.2.4 SLS ：選擇性激光燒結(jié) 46
2.2.5 SLA ：光固化立體成型（立體光刻） 48
2.2.6 PolyJet ：多頭噴射技術(shù)（Material Jetting ：材料噴射） 50
2.2.7 DLP ：數(shù)字光處理 51
2.2.8 LOM ：分層實體制造 53
2.3 塑料還是石膏 3D 打印機的各種耗材 55
2.3.1 ABS ：應(yīng)用最廣泛的工程塑料 56
2.3.2 EP（彈性塑料） 57
2.3.3 PA（尼龍） 57
2.3.4 PC（聚碳酸酯） 58
2.3.5 PEEK（聚醚醚酮） 58
2.3.6 PPSF（聚纖維酯） 59
2.3.7 PLA ：綠色環(huán)保的生物塑料 59
2.3.8 PETG（共聚酯） 60
2.3.9 PCL（聚己內(nèi)酯） 61
2.3.10 光敏樹脂 ：精細成型的液態(tài)材料 62
2.3.11 金屬材料 ：不銹鋼、鈦合金、鎂鋁合金、金銀 62
2.3.12 更多 3D 打印材料 ：石膏、蠟、陶瓷、木質(zhì) 65
2.4 金屬 3D 打印技術(shù)大盤點 72
2.4.1 SLS、SLM 和 DMLS 技術(shù) 72
2.4.2 LENS/LNSF/LPF/DMD/LC/LMD/DLF ：激光近凈成型 76
2.4.3 EBM ：電子束熔煉 78
2.4.4 EBDM ：電子束直接制造 80
2.4.5 金屬 3D 打印技術(shù)小結(jié) 80
2.5 兩大陣營 ：工業(yè)級打印機與桌面級打印機 81
2.5.1 工業(yè)級打印機 ：兩個巨頭的主戰(zhàn)場 82
2.5.2 桌面級打印機 ：創(chuàng)客們的多樣世界 87
2.6 3D 打印與傳統(tǒng)手辦模型制作 92
2.7 3D 打印機購買指南 93
第3章 剖析3D打印機：輪子是怎樣發(fā)明的 98
3.1 RepRap ：開源 3D 打印機的鼻祖和奠基石 98
3.2 MakerBot 與 Ultimaker ：桌面雙雄 99
3.3 Ultimaker 組裝實戰(zhàn) 101
3.3.1 Ultimaker 新到貨開箱照 102
3.3.2 搭建框架 102
3.3.3 X/Y/Z 軸電機 105
3.3.4 X/Y 軸承 107
3.3.5 擠出頭 109
3.3.6 Z 軸載物平臺 112
3.3.7 送料機 116
3.3.8 Ultimaker 的大腦 ：電路板 117
3.3.9 大功告成 ：一臺完整的打印機 121
3.3.10 Gcode 與前臺軟件 Cura 使用指南 123
3.3.11 Ultimaker 打印成果實例 128
3.4 MakerBot Replicator 2 與 MakerWare 打印實戰(zhàn) 129
3.4.1 MakerWare 進行切片和打印 129
3.4.2 ReplicatorG 控制前臺的設(shè)置 ：雙噴頭打印雙色模型 135
3.4.3 MakerBot Replicator 2 打印成果實例 137
3.5 3D 打印疑問與故障排解小貼士 138
3.5.1 模型的水密性（Watertight） 138
3.5.2 模型必須為流形（Manifold） 139
3.5.3 切片（Slice）與橫切面 140
3.5.4 層厚度（Layer Thickness） 140
3.5.5 支撐材料（Support Material） 140
3.5.6 如何開始打印 141
3.5.7 如何調(diào)平打印平臺（粗調(diào)和精調(diào)） 141
3.5.8 如何更換耗材（上料、退料） 142
3.5.9 我裝不了塑料絲 142
3.5.10 我取不出塑料絲導(dǎo)管 142
3.5.11 為什么我的送料機挖坑，但就是不吐絲 142
3.5.12 噴頭堵塞，如何處理 143
3.5.13 擠出的料無法粘牢打印平臺 143
3.5.14 打印出的東西粘不牢平臺 143
3.5.15 用輔助盤（Helper Disk）解決翹邊問題 143
3.5.16 噴頭位置偏移，擠出頭坐標(biāo)異常 144
3.5.17 為什么打印的圓是橢圓 145
3.5.18 電機不轉(zhuǎn)，像得了帕金森癥抖個不停 145
3.5.19 為需要連接的零件選擇合適的容許公差 145
3.5.20 我的打印機需要日常維護嗎 145
3.5.21 異常情況如何中斷打印 145
3.5.22 如何將金屬零件放入我的 3D 塑料模型中 146
3.5.23 用 CNCSimulator 進行打印模擬和打印預(yù)覽 146
3.5.24 打印失敗后是什么樣子 146
3.6 如何設(shè)計和設(shè)置一臺高精度的 3D 打印機 147
3.6.1 影響打印精度的軟硬件因素 147
3.6.2 如何讓模型表面看起來更光滑 150
第4章 3D智能數(shù)字化：3D打印的孿生兄弟 153
4.1 不以規(guī)矩，不成方圓——STL 數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)文件解析 153
4.2 3D 智能數(shù)字化設(shè)計技術(shù) 156
4.2.1 “所想即所得”：3D 設(shè)計的新境界 156
4.2.2 商業(yè)設(shè)計軟件 ：3D 設(shè)計的重型武器（Maya、UG） 161
4.2.3 殺雞焉用牛刀 ：基于網(wǎng)頁的設(shè)計軟件（Tinkercad、3DTin） 167
4.3 3D 智能數(shù)字化掃描技術(shù) 169
4.3.1 光學(xué)三維掃描儀的原理和實例（激光、結(jié)構(gòu)白光） 172
4.3.2 基于 Kinect 的 3D 掃描原理和設(shè)備（紅外光斑、ToF） 177
4.3.3 房地產(chǎn)行業(yè)的新應(yīng)用 ：室內(nèi) 3D 掃描建模 183
4.4 面向“批量定制”和“柔性制造”的智能數(shù)字化 184
4.5 智能云網(wǎng) ：云端智能服務(wù)和云制造 185
4.6 大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí) ：3D 打印內(nèi)容的挖掘與推薦 186
4.6.1 什么是大數(shù)據(jù) 187
4.6.2 大數(shù)據(jù)背景下的個性化推薦系統(tǒng) 189
4.6.3 深度學(xué)習(xí) ：像人腦一樣深層次地思考 192
第5章 3D智能數(shù)字化與3D照相館：科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合 200
5.1 那些年，我們一起追過的 3D 照相館 201
5.1.1 細數(shù)國內(nèi)外的 3D 照相館 201
5.1.2 3D 照相館的設(shè)備及成本 202
5.1.3 3D 照相館贏利模式的探討 205
5.2 3D 照相館的核心技術(shù) ：3D 智能數(shù)字化 206
5.3 基于圖像的 3D 人臉重建技術(shù) 209
5.3.1 基于單張照片的 3D 人臉重建及立體浮雕 210
5.3.2 基于多視角照片的 3D 人臉重建 213
5.3.3 人是一種視覺動物 ：如何美化你的照片 219
5.4 Skanect ：使用 Kinect 實現(xiàn) 3D 掃描 223
5.5 頭發(fā)修補 ：3D 照相館的頭痛問題 225
5.5.1 使用 3D-Coat/ ZBrush 軟件手工修補發(fā)型 226
5.5.2 基于視覺計算自動修補發(fā)型 230
5.5.3 Geomagic Studio ：更通用的任意形狀修補 234
5.6 3D 人臉表情形變與編輯 241
5.7 直接全彩打印，還是單色打印再上色 245
5.8 3D 打印數(shù)字化設(shè)計技巧 247
5.8.1 3DS Max 建模用于 3D 打印 247
5.8.2 Rhino（犀牛軟件）進行 3D 復(fù)雜曲面建模 251
5.8.3 SketchUp 進行草圖 3D 快速建模 255
5.8.4 Netfabb/Magics ：修正你的 STL 打印文件 259
5.8.5 使用 AccuTrans 3D 轉(zhuǎn)換 3D 文件格式 262
第6章 視覺計算：構(gòu)建3D打印的殺手級應(yīng)用 264
6.1 視覺計算 ：計算機視覺與計算機圖形學(xué)的融合 264
6.2 3D 打印“批量定制”的智能實現(xiàn) 266
6.2.1 個性特征的描述與檢測 267
6.2.2 個性特征的定位與匹配 271
6.2.3 個性化形狀的編輯與合成 276
6.3 立體視覺重建 ：將照片轉(zhuǎn)成 3D 數(shù)字模型 281
6.3.1 攝像機定標(biāo) 281
6.3.2 基于立體視覺、SFM 和 Visual Hull 的三維重建 288
6.4 眾里尋她千百度──海量 3D 模型的形狀檢索 291
6.4.1 線性分類與感知機模型 291
6.4.2 支持向量機 SVM 與邏輯回歸 LR 294
6.4.3 基于內(nèi)容的 3D 模型檢索 297
6.5 形狀拆解 ：大尺寸物件的自動分塊打印 301
6.6 形狀分析 ：優(yōu)化 3D 打印形狀的表現(xiàn)力 303
6.7 形狀平衡 ：如何確保 3D 物件站立穩(wěn)當(dāng) 309
6.8 形狀優(yōu)化 ：生成堅固的內(nèi)部輕質(zhì)結(jié)構(gòu)使得耗材最省 311
6.9 基于筆畫的 3D 建模 ：讓新手和孩子輕松設(shè)計形狀 315
6.9.1 Doodle3D ：3D 設(shè)計就像涂鴉一樣簡單 316
6.9.2 Teddy/FiberMesh ：更精準(zhǔn)的 3D 筆畫建模 318
6.9.3 3-Sweep 技術(shù) ：輕松讓照片中的 2D 物體變 3D 模型 319
6.9.4 “神筆馬良”3Doodler ：用筆直接畫出 3D 線框?qū)嵨? 321
6.10 增強現(xiàn)實 ：在打印之前看到融入環(huán)境的真實效果 322
6.11 3D 網(wǎng)格上的藝術(shù)──數(shù)字幾何處理 323
6.11.1 3D 模型的獲取、配準(zhǔn)與重建 324
6.11.2 3D 網(wǎng)格的幾何拓撲修復(fù) 325
6.11.3 3D 網(wǎng)格平滑與去噪 326
6.11.4 重網(wǎng)格化和子分網(wǎng)格 329
6.11.5 3D 網(wǎng)格壓縮 330
6.11.6 3D 網(wǎng)格分割 331
6.11.7 3D 網(wǎng)格的參數(shù)化 332
6.11.8 3D 網(wǎng)格的交叉參數(shù)化（一致對應(yīng)） 335
6.11.9 3D 網(wǎng)格形變、編輯與動畫 336
6.11.10 3D 數(shù)據(jù)重定向技術(shù) 337
6.11.11 數(shù)字幾何處理框架 338
6.12 OpenCV 與 OpenGL ：視覺計算入門的兩大利器 339
6.12.1 OpenCV 與 AdaBoost 人臉檢測 339
6.12.2 OpenGL 與 3D 圖形繪制 344
6.12.3 再論 ：向量 / 矩陣、歐拉角與四元數(shù)（Quaternion） 348
第7章 創(chuàng)客：個人3D打印機的創(chuàng)造者 353
7.1 創(chuàng)客文化與開源 DIY 353
7.2 五花八門的創(chuàng)客杰作 ：從玩具到高速跑車 355
7.3 寓教于樂 ：3D 打印出你的個人數(shù)學(xué)博物館 359
7.4 創(chuàng)客之開源硬件 Arduino（阿德偉諾） 363
7.4.1 Arduino 簡介 363
7.4.2 初窺 Arduino 364
7.4.3 牛刀小試 ：叩開 Arduino 之門 366
7.5 創(chuàng)客之開源軟件 Android（安卓） 367
7.5.1 An