3D打印：三维智能数字化创造（第3版）(全彩) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吴怀宇 著

图书标签:

• 3D打印
• 增材制造
• 数字化设计
• 智能制造
• 三维建模
• 快速原型
• 工业设计
• DIY
• 全彩图解
• 技术创新

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121310638

版次：3

商品编码：12071859

品牌：Broadview

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-05-01

用纸：胶版纸

页数：516

字数：867000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：本书无论对国内、国外的广大普通用户及技术爱好者，还是高等院校大学生及研究生，学术界、工业界、政府产业经济决策层，都具有重要的参考价值。

-业内专家王飞跃、黄明明、张正友、杨明玄、杨睿刚、舒畅倾情作序、联袂力荐。

-全面系统地介绍了3D打印与3D智能数字化技术

-详细论述了3D打印和人工智能的现状和未来

-包括3D智能数字化理论和方法的进展

-包含丰富的创客实践（组装3D打印机，开设3D照相馆，制作四轴飞行器等）

-内容丰富全面、通俗易懂，讲解深入浅出、从零起步

内容简介

　　《经济学人》等主流媒体称3D打印将引发新一轮工业革命。本书从产业经济的宏观视角对3D打印、3D智能数字化、创客、中国智造、全球第四次工业革命这五者的关系进行了详尽讨论。本书从专业技术的角度对3D打印的原理、结构和工艺方法做了详细介绍，包括10多种典型成型工艺的优劣分析和比较，手把手、从无到有地组装一台3D打印机等。3D智能数字化是3D打印的基础和关键，涉及3D计算机图形学、计算机视觉、模式识别、机器学习等领域。本书以通俗易懂、娓娓道来的方式对它们进行了详细讲解。

作者简介

　　吴怀宇，博士，中国科学院副研究员，中国3D科技创新产业联盟副理事长，任职于中国科学院自动化研究所，模式识别国家重点实验室（NLPR），中国-欧洲信息、自动化与应用数学联合实验室（LIAMA）。主要研究领域包括3D智能数字化打印、计算机三维视觉、视觉形状感知分析与处理、计算机交互式图形学等。目前担任多个国际刊物的评审专家和国际程序委员会成员等学术任职，美国电气与电子工程师学会（IEEE）、美国计算机协会（ACM）会员，ICCV/CVPR/ACCV国际程序委员会委员、程序主席秘书，以及北京市科学技术委员会项目评审专家、国家自然科学基金评审专家。

目录

第1章 3D打印与“全球第四次工业革命” 1
1．1 3D 打印 ：体验造物奇迹 1
1．2 全球第四次工业革命的导火索 11
1．2．1 从“第一次工业革命”到“第四次工业革命” 11
1．2．2 3D 打印的显著优势 12
1．2．3 3D 打印的应用现状 14
1．3 对 3D 打印的质疑 16
1．3．1 来自传统制造业大佬的质疑 ：不看好 3D 打印 16
1．3．2 关于“3D 打印技术的可实现性”释疑 17
1．3．3 关于“3D 打印技术的经济性”释疑 17
1．3．4 关于“3D 打印产业的成长性”释疑 19
1．4 3D 智能数字化与 3D 打印 ：用“虚拟”再造“现实” 20
1．4．1 3D 智能数字化设计技术的发展现状 21
1．4．2 智能数字化扫描技术的发展现状 22
1．4．3 智能云网 ：云端智能服务和云制造 23
1．4．4 3D 打印技术的发展现状 24
1．5 创客 DIY ：新工业革命的启蒙运动 26
1．5．1 以小博大 ：创客挑战巨头公司 27
1．5．2 聚沙成塔 ：改变工业社会的组成结构 28
1．6 “中国制造”向“中国智造”转变的机遇 29
1．6．1 “中国制造”须转型升级 29
1．6．2 来自“德国制造”的启示 30
1．6．3 “中国智造”的发展机遇 31

第2章 3D打印机的原理与种类 37
2．1 3D 打印时间简史──源自 1860 年 37
2．2 3D 打印机的工作原理和家族 41
2．2．1 3D 打印机的工作原理与流程 41
2．2．2 FDM ：熔融沉积成型（FFF ：熔丝制造） 42
2．2．3 3DP ：三维打印黏结成型（喷墨沉积） 44
2．2．4 SLS ：选择性激光烧结 46
2．2．5 SLA ：光固化立体成型（立体光刻） 48
2．2．6 PolyJet ：多头喷射技术（Material Jetting ：材料喷射） 50
2．2．7 DLP ：数字光处理 51
2．2．8 LOM ：分层实体制造 53
2．3 塑料还是石膏？ 3D 打印机的各种耗材 55
2．3．1 ABS ：应用最广泛的工程塑料 56
2．3．2 EP（弹性塑料） 57
2．3．3 PA（尼龙） 57
2．3．4 PC（聚碳酸酯） 58
2．3．5 PEEK（聚醚醚酮） 58
2．3．6 PPSF（聚纤维酯） 59
2．3．7 PLA ：绿色环保的生物塑料 59
2．3．8 PETG（共聚酯） 60
2．3．9 PCL（聚己内酯） 61
2．3．10 光敏树脂 ：精细成型的液态材料 62
2．3．11 金属材料 ：不锈钢、钛合金、镁铝合金、金银 62
2．3．12 更多 3D 打印材料 ：石膏、蜡、陶瓷、木质 65
2．4 金属 3D 打印技术大盘点 72
2．4．1 SLS、SLM 和 DMLS 技术 72
2．4．2 LENS/LNSF/LPF/DMD/LC/LMD/DLF ：激光近净成型 76
2．4．3 EBM ：电子束熔炼 78
2．4．4 EBDM ：电子束直接制造 80
2．4．5 金属 3D 打印技术小结 80
2．5 两大阵营 ：工业级打印机与桌面级打印机 81
2．5．1 工业级打印机 ：两个巨头的主战场 82
2．5．2 桌面级打印机 ：创客们的多样世界 87
2．6 3D 打印与传统手办模型制作 92
2．7 3D 打印机购买指南 93

第3章 剖析3D打印机：轮子是怎样发明的 98
3．1 RepRap ：开源 3D 打印机的鼻祖和奠基石 98
3．2 MakerBot 与 Ultimaker ：桌面双雄 99
3．3 Ultimaker 组装实战 101
3．3．1 Ultimaker 新到货开箱照 102
3．3．2 搭建框架 102
3．3．3 X/Y/Z 轴电机 105
3．3．4 X/Y 轴承 107
3．3．5 挤出头 109
3．3．6 Z 轴载物平台 112
3．3．7 送料机 116
3．3．8 Ultimaker 的大脑 ：电路板 117
3．3．9 大功告成 ：一台完整的打印机 121
3．3．10 Gcode 与前台软件 Cura 使用指南 123
3．3．11 Ultimaker 打印成果实例 128
3．4 MakerBot Replicator 2 与 MakerWare 打印实战 129
3．4．1 MakerWare 进行切片和打印 129
3．4．2 ReplicatorG 控制前台的设置 ：双喷头打印双色模型 135
3．4．3 MakerBot Replicator 2 打印成果实例 137
3．5 3D 打印疑问与故障排解小贴士 138
3．5．1 模型的水密性（Watertight） 138
3．5．2 模型必须为流形（Manifold） 139
3．5．3 切片（Slice）与横切面 140
3．5．4 层厚度（Layer Thickness） 140
3．5．5 支撑材料（Support Material） 140
3．5．6 如何开始打印 141
3．5．7 如何调平打印平台（粗调和精调） 141
3．5．8 如何更换耗材（上料、退料） 142
3．5．9 我装不了塑料丝 142
3．5．10 我取不出塑料丝导管 142
3．5．11 为什么我的送料机挖坑，但就是不吐丝 142
3．5．12 喷头堵塞，如何处理 143
3．5．13 挤出的料无法粘牢打印平台 143
3．5．14 打印出的东西粘不牢平台 143
3．5．15 用辅助盘（Helper Disk）解决翘边问题 143
3．5．16 喷头位置偏移，挤出头坐标异常 144
3．5．17 为什么打印的圆是椭圆 145
3．5．18 电机不转，像得了帕金森症抖个不停 145
3．5．19 为需要连接的零件选择合适的容许公差 145
3．5．20 我的打印机需要日常维护吗 145
3．5．21 异常情况如何中断打印 145
3．5．22 如何将金属零件放入我的 3D 塑料模型中 146
3．5．23 用 CNCSimulator 进行打印模拟和打印预览 146
3．5．24 打印失败后是什么样子 146
3．6 如何设计和设置一台高精度的 3D 打印机 147
3．6．1 影响打印精度的软硬件因素 147
3．6．2 如何让模型表面看起来更光滑 150

第4章 3D智能数字化：3D打印的孪生兄弟 153
4．1 不以规矩，不成方圆――STL 数字标准文件解析 153
4．2 3D 智能数字化设计技术 156
4．2．1 “所想即所得”：3D 设计的新境界 156
4．2．2 商业设计软件 ：3D 设计的重型武器（Maya、UG） 161
4．2．3 杀鸡焉用牛刀 ：基于网页的设计软件（Tinkercad、3DTin） 167
4．3 3D 智能数字化扫描技术 169
4．3．1 光学三维扫描仪的原理和实例（激光、结构白光） 172
4．3．2 基于 Kinect 的 3D 扫描原理和设备（红外光斑、ToF） 177
4．3．3 房地产行业的新应用 ：室内 3D 扫描建模 183
4．4 面向“批量定制”和“柔性制造”的智能数字化 184
4．5 智能云网 ：云端智能服务和云制造 185
4．6 大数据和深度学习 ：3D 打印内容的挖掘与推荐 186
4．6．1 什么是大数据 187
4．6．2 大数据背景下的个性化推荐系统 189
4．6．3 深度学习 ：像人脑一样深层次地思考 192

第5章 3D智能数字化与3D照相馆：科学与艺术的结合 200
5．1 那些年，我们一起追过的 3D 照相馆 201
5．1．1 细数国内外的 3D 照相馆 201
5．1．2 3D 照相馆的设备及成本 202
5．1．3 3D 照相馆赢利模式的探讨 205
5．2 3D 照相馆的核心技术 ：3D 智能数字化 206
5．3 基于图像的 3D 人脸重建技术 209
5．3．1 基于单张照片的 3D 人脸重建及立体浮雕 210
5．3．2 基于多视角照片的 3D 人脸重建 213
5．3．3 人是一种视觉动物 ：如何美化你的照片 219
5．4 Skanect ：使用 Kinect 实现 3D 扫描 223
5．5 头发修补 ：3D 照相馆的头痛问题 225
5．5．1 使用 3D-Coat/ ZBrush 软件手工修补发型 226
5．5．2 基于视觉计算自动修补发型 230
5．5．3 Geomagic Studio ：更通用的任意形状修补 234
5．6 3D 人脸表情形变与编辑 241
5．7 直接全彩打印，还是单色打印再上色 245
5．8 3D 打印数字化设计技巧 247
5．8．1 3DS Max 建模用于 3D 打印 247
5．8．2 Rhino（犀牛软件）进行 3D 复杂曲面建模 251
5．8．3 SketchUp 进行草图 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 转换 3D 文件格式 262

第6章 视觉计算：构建3D打印的杀手级应用 264
6．1 视觉计算 ：计算机视觉与计算机图形学的融合 264
6．2 3D 打印“批量定制”的智能实现 266
6．2．1 个性特征的描述与检测 267
6．2．2 个性特征的定位与匹配 271
6．2．3 个性化形状的编辑与合成 276
6．3 立体视觉重建 ：将照片转成 3D 数字模型 281
6．3．1 摄像机定标 281
6．3．2 基于立体视觉、SFM 和 Visual Hull 的三维重建 288
6．4 众里寻她千百度──海量 3D 模型的形状检索 291
6．4．1 线性分类与感知机模型 291
6．4．2 支持向量机 SVM 与逻辑回归 LR 294
6．4．3 基于内容的 3D 模型检索 297
6．5 形状拆解 ：大尺寸物件的自动分块打印 301
6．6 形状分析 ：优化 3D 打印形状的表现力 303
6．7 形状平衡 ：如何确保 3D 物件站立稳当 309
6．8 形状优化 ：生成坚固的内部轻质结构使得耗材最省 311
6．9 基于笔画的 3D 建模 ：让新手和孩子轻松设计形状 315
6．9．1 Doodle3D ：3D 设计就像涂鸦一样简单 316
6．9．2 Teddy/FiberMesh ：更精准的 3D 笔画建模 318
6．9．3 3-Sweep 技术 ：轻松让照片中的 2D 物体变 3D 模型 319
6．9．4 “神笔马良”3Doodler ：用笔直接画出 3D 线框实物 321
6．10 增强现实 ：在打印之前看到融入环境的真实效果 322
6．11 3D 网格上的艺术──数字几何处理 323
6．11．1 3D 模型的获取、配准与重建 324
6．11．2 3D 网格的几何拓扑修复 325
6．11．3 3D 网格平滑与去噪 326
6．11．4 重网格化和子分网格 329
6．11．5 3D 网格压缩 330
6．11．6 3D 网格分割 331
6．11．7 3D 网格的参数化 332
6．11．8 3D 网格的交叉参数化（一致对应） 335
6．11．9 3D 网格形变、编辑与动画 336
6．11．10 3D 数据重定向技术 337
6．11．11 数字几何处理框架 338
6．12 OpenCV 与 OpenGL ：视觉计算入门的两大利器 339
6．12．1 OpenCV 与 AdaBoost 人脸检测 339
6．12．2 OpenGL 与 3D 图形绘制 344
6．12．3 再论 ：向量 / 矩阵、欧拉角与四元数（Quaternion） 348

第7章 创客：个人3D打印机的创造者 353
7．1 创客文化与开源 DIY 353
7．2 五花八门的创客杰作 ：从玩具到高速跑车 355
7．3 寓教于乐 ：3D 打印出你的个人数学博物馆 359
7．4 创客之开源硬件 Arduino（阿德伟诺） 363
7．4．1 Arduino 简介 363
7．4．2 初窥 Arduino 364
7．4．3 牛刀小试 ：叩开 Arduino 之门 366
7．5 创客之开源软件 Android（安卓） 367
7．5．1 Android 概述 367
7．5．2 开发平台搭建 368
7．5．3 Android 之旅起航 ：Hello， Android! 370
7．6 靠创意去赚钱 ：漫谈 Kickstarter、Quirky 与 Shapeways 373
7．6．1 Kickstarter 众筹 ：靠创意去筹资 373
7．6．2 Quirky 创意加工厂 ：把创意变成产品 375
7．6．3 Shapeways 在线打印 ：把个性化产品定制出来 377
7．7 创客中国 ：中国版乔布斯和比尔 ? 盖茨的诞生地 378
7．7．1 国外创客为什么纷纷青睐中国 378
7．7．2 创客中国的背景优势 379
7．7．3 创客中国的市场细分定位 379

第8章 创客实战：四轴飞行器 381
8．1 你准备好了吗 ：自己制作四轴飞行器 381
8．2 器件与 3D 打印 382
8．2．1 四轴飞行器 DIY 所需的器件汇总 383
8．2．2 四轴飞行器的遥控器和接收机 384
8．2．3 四轴飞行器的飞行控制板 385
8．2．4 四轴飞行器电调的选用 386
8．2．5 四轴飞行器的无刷电机和螺旋桨 387
8．2．6 四轴飞行器的电池和充电器 388
8．2．7 四轴飞行器的连接线选用 389
8．2．8 四轴飞行器机架的 3D 打印 389
8．3 三轴陀螺仪和加速度计的入门与调试 390
8．4 自制基于 Arduino 的飞控板 393
8．4．1 四轴飞行器的基本电控结构 393
8．4．2 飞行控制板的制作 395
8．5 遥控开始 ：Android 手机的 Wi-Fi 通信 397
8．6 四轴飞行器的智能视觉跟踪 399
8．6．1 基于粒子滤波的目标跟踪算法 400
8．6．2 基于 Mean Shift（均值漂移）的目标跟踪算法 403

第9章 3D打印之不远的将来 406
9．1 3D 打印的未来 ：由创客们决定 406
9．1．1 几乎为零的设计和制造门槛 407
9．1．2 创客成就 3D 打印 407
9．2 手机应用 FabApp、App Store 与智能云网 409
9．3 不再仅仅是看着粗糙小型的 FDM 411
9．4 生物医疗打印 ：越来越近的科幻 412
9．5 美食打印机 ：“吃货”的钱最好赚 416
9．6 绿色经济 ：变沙漠为光影城市 419
9．7 安得广厦千万间 ：3D 打印房屋与陶瓷打印机 420
9．8 混合材料制造 ：3D 打印电路 424
9．9 枪支打印“让子弹飞”、版权与社会伦理 427
9．9．1 3D 打印引发社会公共安全的忧虑 427
9．9．2 版权保护的难题 429
9．9．3 社会伦理的思考及技术层面解决 431
9．10 3D 打印 3D 打印机自己 ：遗传与升级 432
9．11 3D 打印的经济模式 ：利基与长尾效应 433
9．12 “中国智造”推动“全球第四次工业革命” 436
9．12．1 新工业革命之“永不枯竭的绿色能源” 436
9．12．2 新工业革命之“3D 打印新材料” 437
9．12．3 新工业革命之“先进制造及 3D 打印” 438
9．12．4 新工业革命之“3D 智能数字化创造” 439

第10章 道：数字智能的最优化及相关数学方法 442
10．1 最优化理论的基本常识 443
10．1．1 从凸集和凸函数开始说起 443
10．1．2 无约束优化与约束优化 446
10．1．3 线性规划与非线性规划及其对偶（Dual）形式 447
10．1．4 澄清混淆 ：二次规划、二次收敛、二阶收敛 448
10．2 最优化根基之单变量“一维搜索” 449
10．2．1 初始搜索区域的加步探索法（进退法） 449
10．2．2 黄金分割搜索法（Golden Section Search） 450
10．2．3 斐波那契（Fibonacci）搜索法 451
10．2．4 牛顿法、抛物线法 451
10．2．5 不精确线搜索的 Armijo-Goldstein 准则及 Wolfe-Powell 准则 452
10．3 多变量的无约束优化 455
10．3．1 最速下降法（Steepest Descent，梯度下降法 Gradient Descent） 455
10．3．2 牛顿法（Newton） 455
10．3．3 拟牛顿法（Quasi-Newton）：DFP 和 BFGS 方法 456
10．3．4 共轭方向法（Conjugate Direction） 458
10．3．5 共轭梯度法（Conjugate Gradient） 459
10．3．6 Powell 直接法 459
10．4 最优化根基之“信赖域”460
10．4．1 Levenberg-Marquardt（L-M）方法 461
10．4．2 详解 L-M 方法的求解过程与步骤 462
10．5 最小二乘问题的求解 ．462
10．5．1 线性最小二乘问题的求解（正规化方法、QR 分解、SVD 分解） 463
10．5．2 非线性最小二乘问题（Gauss-Newton 方法） 464
10．6 约束优化问题的求解 ．464
10．6．1 等式约束的拉格朗日乘子法（Lagrange Multiplier） 464
10．6．2 不等式约束的 KKT（KT）条件 ．465
10．6．3 惩罚函数法（外点法、内点法） 466
10．7 最短路径与动态规划（Dynamic Programming） 467
10．8 “偶然中的必然”──概率与贝叶斯（Bayes） 468
10．8．1 先验概率、似然函数、后验概率、贝叶斯公式 468
10．8．2 朴素（Na?ve）贝叶斯分类 469
10．8．3 最大似然估计、最大后验概率估计、贝叶斯估计、EM 算法 471
10．8．4 贝叶斯学派与频率学派之争论 475
参考文献 477
跋 488
作者简介 490

前言/序言

　　《诗经?小雅?鹤鸣》有云：“它山之石，可以攻玉”。本书取名《3D打印：三维智能数字化创造》，灵感源自于笔者发表在《光明日报》上的一篇3D打印综述文章的标题《3D打印：智能数字化》。其实笔者最初提交的是一个又长又绕口的题目，非常感谢《光明日报》的编辑以金刚钻般的犀利进行了打磨，使3D打印的本质顿时“彰明较著”，也让我那篇文章的条理和纹路立刻清晰了许多！所以本书也受此启发，起了一个相似的名字。

　　相信大多数读者在拿起这本书的时候，对3D打印或多或少已有耳闻。确实，自从《经济学人》、《福布斯》、《纽约时报》等欧美主流媒体声称3D打印将引发新一轮工业革命开始，全世界各类媒体都对3D打印做了大量的跟踪报道。那么，为什么欧美这么看好3D打印？3D打印又为什么会引发一场新工业革命？3D打印不是30年前就有了吗？那时只是一种快速成型工具而已，难道一种“新瓶装旧酒”的工具就会引发一场全球范围内的工业变革？这场变革与我们中国的制造业会有关联吗？此外，媒体上经常报道国外“创客”通过3D打印机造出了创意新奇的作品，可当我们也深受鼓舞买回一台时，却会发现3D打印远没有2D打印轻松，其中最头疼的事情莫过于要设计和处理所谓的3D数字化模型了。那么，3D数字化和3D打印到底是什么关系？我们又该如何轻松应对呢？

　　以上这些最基本的问题，实际上已经引出了多个主题，归纳一下：有3D打印、3D智能数字化、创客、中国智造、全球第四次工业革命这5个关键词，而且都互有关联。忽略掉其中任何一个，都无法完整地回答读者的上述诸多问题。这是摆在本书面前的一个艰巨的任务。倘若选择性忽略，只讨论其中的某一个或几个方面，则3D打印机与一般人眼中的2D打印机或一台普通机床又有什么差别呢？3D打印无须模具就可加工任意复杂的中空形状，用户也无须掌握各种复杂的制造工艺和加工技能，这样大幅降低了制造业的技术门槛。3D打印的巨大威力虽然源于技术，但其产生的重要影响力却又远超于此。

　　依我看来，欧美现在之所以看好3D打印，主要是希望将制造业回流到欧美，而不是继续转移到中国和印度。2007年爆发的全球金融危机，根源在于美国重视房地产、金融、消费等第三产业的发展而将大量的制造业外包给了其他国家，导致自身产业空心化问题日益严重。3D打印这种快速成型制造技术最近几年的突然火爆有一个重要原因和转折点，那就是2008年创客们发布了第一款完全开源的个人3D打印机RepRap，并把机械设计图纸、电路图纸、智能控制代码无偿放到了网上供人免费下载。几年下来，原本极其昂贵（几十万元起价）的3D打印机降到现在几千元即可买到，变得大众化，由此掀起了“个人智造”、“家庭智造”、“网络社区智造”的热潮。欧美正是希望借创客运动和“全民智造”的东风，激发国民的创造精神，上下齐心来实现这次战略大转移。2014年1月，3D打印的激光金属烧结技术也因专利到期而开源，这为3D打印的发展注入更大活力。

　　与此同时，我国政府也非常渴望将原本处于产业链低端的“中国制造”转型为“中国智造”，从加工组装环节升级到上游的设计研发环节。“中国智造”的核心在于智能化和数字化（简称“智能数字化”），不仅要建立数字化工厂提高各种设计制造工艺的精度和效率，同时要使生产系统向着具有感知、决策、执行能力的智能化系统发展，以做大做强“高端制造”。“中国智造”在3D打印产业上的竞争力可以通过发展3D智能数字化来提升。实际上，“当今世界是平的”，在经济全球化的背景下，中国制造业的深度发展离不开全球市场化布局。因此，“中国制造”向“中国智造”转型升级的历程，实际上也是共同推动和实现“全球第四次工业革命”的过程，并将在其中扮演越来越重要的角色。

　　具体来说，第四次工业革命是以智能数字化制造及新型材料应用为代表的一个崭新的时代，具体特点可描述为：智能数字化、分布式网络化、个性定制化、绿色可持续化，典型特征为“智能数字化”。3D打印、智能数字化、新材料以及机器人技术的发展，将极大地改变制造业原有的投入模式，使得依靠较少的自然资源和人力资源投入，就能取得良好的经济效益，并将远离产品千篇一律的大规模制造模式，向更具个性化的定制规模发展。

　　以上就是全书的基本思路和逻辑线索。下面具体介绍一下本书的主要内容。

　　本书首先从产业经济的宏观视角对3D打印的发展现状和未来进行了详尽的讨论。为了能使读者对3D打印、3D智能数字化、创客、中国智造、全球第四次工业革命之间的内在紧密关联有比较深入的理解，我们对这五者的相互作用和关系进行剖析。

　　3D打印将虚拟的智能数字化技术与实实在在的工业产品桥接在一起，跨越了虚拟的比特世界和实体的原子世界之间的鸿沟。为了让读者对3D打印有透彻的了解，我们从专业技术的角度对3D打印的原理结构、成型工艺和实际操作进行了详细介绍，包括对10多种典型的成型工艺进行优劣分析和比较，乃至手把手地、从无到有地组装一台3D打印机，以便让大家看得清清楚楚、明明白白。本书对每一个操作步骤都进行了图文并茂的详细描述，包括实际运作一家3D照相馆的所有技术细节。

　　3D智能数字化是3D打印的“孪生兄弟”，通过利用计算机来智能化地设计或获取一个3D数字化模型，以便输出到3D打印机。这是本书要讨论的重点所在：为了让用户“所想即所得”地进行数字化创造，计算机需要知道如何更好地生成形状，即能够智能地理解用户的意图。

　　我们可以使用智能数字化设计软件，从无到有地设计3D数字化产品。最普通的方法是采用传统的建模工具进行实体建模和曲面建模。而手工建模是一件比较烦琐、费时的工作，研究人员于是推出了参数化建模、直接建模工具来减轻设计负担。更加智能化的是编程式设计，计算机把形状的设计过程描述成一系列有特定顺序的操作步骤，有点像按照食谱而不是最终的外观来制作蛋糕。编程式智能设计可以轻易地在这个蛋糕上绘制几百万个规则的精美图案，而这对于手工设计来说犹如噩梦。

　　为了生成更加丰富多变的个性图案，还可采用复杂的生长式智能系统，即所谓的过程建模。智能化达到一定层次后，更可让设计的形状根据未知环境实时调整，适应各种物理和美学约束条件。比如，基于算法的智能设计软件能够根据物理环境（如在月球上）调整建筑结构的空间形状，以此来动态获得一个最优的设计形状，从而使建筑结构更加稳定。

　　当然，并非人人都有能力自己设计3D形状，因此3D智能数字化的另外一种方法就是3D扫描（俗称3D照相），基于计算机视觉、计算机图形学、模式识别与智能系统、光机电一体化控制等技术对现实存在的3D物体进行扫描采集，以获得逼真的数字化重建。在获得数字化模型之后，通常还需要进行个性化编辑定制。特别是对于“大批量定制”，如为一万名用户打印定制个性化的眼镜、服装、帽子、鞋子，则需应用智能化数字技术，如采用视觉计算方法，利用摄像头自动采集、分析提取每位用户的体貌个性特征，进行匹配和定位，并自动根据视觉美感进行形状设计、颜色肤色搭配等，可极大地缩减定制周期。

　　以开办一家3D照相馆为例，这是3D智能数字化的典型案例。首先需要对人体进行3D扫描或根据多视角照片进行立体重建，然后利用数字几何处理的方法对缺失和噪声数据进行修补，并拼接得到一个完整的3D模型。其中头发的快速修复就是一个值得研究的课题，涉及视觉计算技术。此外，用户很可能还希望对3D人体形状或表情进行美化、编辑、修改、迁移等，这涉及图形图像、模式识别、机器学习等多个领域。在输出打印前，还涉及形状的自平衡处理、形状分析以提高表现力、大尺寸形状的自动分块、形状优化生成轻质结构以节省耗材、利用增强现实预览融入环境的效果等。

　　当3D数字化模型变得跟目前的MP3歌曲一样普及甚至泛滥时，又会遇到如何快速检索的难题。不像MP3那样可以通过歌名与歌手名这些结构化的文本信息来定位，3D模型的检索要复杂得多，涉及非结构化数据的特征提取、相似度度量以及分类算法的设计。更让人头疼的是，在这个大数据时代，我们将被信息的海洋淹没而变得迷失，以至于都不知道每天应该挑选哪些3D模型打印出来。这时，通过对大数据的挖掘，个性化推荐系统可以对你的个性偏好进行分析，把你可能会感兴趣的3D模型推荐给你。其中，深度学习这种模拟人类大脑进行智能分析学习的方法，将获得越来越广泛的应用。

　　通过智能感知设备，3D打印机还可控制制造的行为，对打印的过程进行实时监控，然后根据反馈信息随时做出调整。也就是说，这台3D打印机具有学习和控制的能力。将来，通过把人工智能从计算机拓展到现实世界，还可打印具备感知和学习能力的智能物品。此时，3D打印机就是新一代智能机器人，它们能设计、制造、修理、回收其他机器，甚至能够改进和升级机器自身，达到“机器制造机器”的新境界。

　　可以说，3D智能数字化技术是3D打印实现“规模定制”的基础和关键所在。因此，本书详细讨论了上面提到的各种3D智能数字化理论及其实现方法（如MVS、SVM、AAM、AdaBoost、粒子滤波、MeanShift、VisualHull、深度学习），涉及3D计算机图形学、计算机视觉、模式识别、机器学习。我们面向3D打印和3D数字化行业人士，将这些非常专业化的智能算法理论以通俗易懂的方式娓娓道来，这也是本书的一大特色。

　　“创客”不仅创造了个人3D打印机，同时也是第四次工业革命的启蒙者。这是任何一本3D打印书籍都绕不开的话题，因此，我们详细介绍了创客，并专门开设一章介绍四轴飞行器的DIY制作，以实例的方式讲解创客们喜爱做的东西，将3D打印、智能数字化技术这些先进的工具融入到创客实践中。

　　综上，本书是一本以最新视角阐述新工业经济发展趋势、详细讲解3D打印与3D智能数字化技术原理方法、手把手实战型教学的综合类技术书籍，因此无论对于国内还是国外的广大3D打印爱好者，学术界、工业界、政府产业经济决策层均具有重要的参考价值。

　　另外，本书提供丰富的网络资源下载，其中的内容包括：Ultimaker原理图纸、3D模型头发修复视频教程、四轴飞行器完整资料。如有需要，读者可在www.broadview.com.cn/31063（博文视点官网）和http://www.sigvc.org/why/book/（作者主页）下载。

　　凭一己之力是无法完成本书的，在此要衷心感谢多年来一直关心和支持我的师长、朋友、同事和学生。本书写作过程中得到了汪凌峰博士、王颖博士、刘利刚教授、吴毅红研究员、邓小明副研究员、赵辉博士、汪国平教授、唐俊副教授、朱红强、王俊、王润元、张华、隋伟、赵松、沙金正、李成华、吴挺的帮助和支持。此外，参与编写工作的还有刘庆芳、刘孟起、吴炳根、丁根秀、文桂绣、魏淑芹、张云铎、王铭东、黄文论、王真龙、刘倩、达其双、陈鑫、滕音。感谢电子工业出版社各位老师的辛勤工作。最后特别感谢永远关爱着我的家人。

　　本书的编写工作得到了国家自然科学基金（No.61272049）、北京市自然科学基金（No.4132075）、中国科学院大学与中国科学院校部与科研院所合作研究基金（Y55201TY00）的资助。

　　由于作者水平有限，书中难免存在纰漏，欢迎广大读者批评、指正。在阅读过程中，如果发现问题，请发送E-Mail电子邮件告知，以便今后再版时加以修正。

　　吴怀宇

　　中国科学院

　　于北京中关村

《3D打印：三维智能数字化创造（第3版）(全彩)》 一、本书概览 《3D打印：三维智能数字化创造（第3版）(全彩)》是一部全面、深入且极具实践指导意义的著作，旨在为读者揭示三维打印技术的全貌，解锁其在现代工业、设计、医疗、教育等诸多领域的颠覆性潜力。本书以全新的视角，融合前沿理论与最新实践，力求为初学者搭建坚实的知识体系，为专业人士提供前瞻性的洞察。全彩印刷的精美呈现，让复杂的技术细节和生动的应用案例跃然纸上，极大地提升了阅读体验和学习效率。 二、核心内容聚焦（不包含本书具体内容） 本书将围绕三维打印技术的核心理念、关键技术、应用拓展以及未来发展趋势展开。 基础理论深度解析： 数字化创造的基石： 探索三维打印作为数字化创造核心驱动力的地位，解析其从数字模型到实体对象的转化过程。 材料科学的革命： 深入剖析不同打印材料的特性、选择原则及其在各种应用场景下的适配性，涵盖聚合物、金属、陶瓷、复合材料乃至生物材料等。 工艺流程的精细解读： 详细阐述不同三维打印工艺（如FDM、SLA、SLS、DLP、MJF、Binder Jetting等）的工作原理、优势与劣势，以及如何根据项目需求进行最优工艺选择。 模型设计与优化： 强调三维模型在三维打印中的关键作用，探讨CAD/CAM软件的应用，以及针对打印工艺进行模型设计优化的策略。 技术演进与创新： 智能化融合： 探讨人工智能、机器学习在三维打印设计、工艺参数优化、质量控制等方面的融合应用，推动打印过程的智能化升级。 高性能材料开发： 关注新型高性能三维打印材料的研发动态，以及这些材料如何赋能航空航天、汽车制造等高端领域。 跨领域集成： 梳理三维打印与其他前沿技术（如物联网、机器人技术、虚拟现实）的协同发展，拓展其应用边界。 广泛应用场景洞察： 工业制造的转型： 深入分析三维打印在原型制作、小批量定制、复杂结构制造、备件生产等方面如何重塑传统制造模式，实现柔性化、高效化生产。 设计创意的释放： 探讨三维打印如何打破传统制造的限制，赋能设计师创造出前所未有的复杂几何形状和个性化产品。 医疗健康的革新： 聚焦三维打印在个性化植入物、手术导板、生物打印（如组织器官）、药物递送等方面的突破性进展。 教育与科研的驱动： 阐述三维打印在STEM教育中的重要作用，以及其在科研实验、模型构建等方面的广泛应用。 新兴领域的探索： 展望三维打印在建筑、食品、时尚、艺术等新兴领域的潜力与发展方向。 实践指导与未来展望： 从概念到实物的完整路径： 提供从三维模型创建、文件准备、设备选择、打印执行到后处理的系统性指导。 行业趋势与挑战： 分析三维打印技术当前面临的挑战，如成本、速度、精度、规模化生产能力等，并探讨应对策略。 前沿研究与未来蓝图： 展望三维打印技术的未来发展方向，预测其在推动社会进步和产业变革中的关键作用。 三、目标读者 本书适合以下群体阅读： 对三维打印技术感兴趣的初学者，希望系统了解其基本原理、工艺和应用。 工程师、设计师、产品开发人员，希望将三维打印技术应用于实际项目。 制造业、医疗、教育、科研等领域的专业人士，希望把握行业最新动态和前沿技术。 对数字化制造和未来科技发展趋势感兴趣的读者。 四、学习价值 通过阅读本书，读者将能够： 建立对三维打印技术的全面认知。 掌握选择合适打印技术和材料的判断依据。 理解三维打印在不同行业中的应用模式和价值。 激发创新思维，探索三维打印技术的无限可能。 为迎接数字化制造的未来做好准备。

评分☆☆☆☆☆

读完《3D打印：三维智能数字化创造（第3版）（全彩）》，我感觉自己对“创造”这个概念有了全新的认识。这本书让我明白，3D打印不仅仅是复制，更是“从无到有”的真正创造。它赋能了个体设计师、小型企业，甚至普通消费者，让他们能够将自己的创意快速转化为现实。书中对个性化定制的精彩论述，让我看到了3D打印如何颠覆传统的批量生产模式，如何满足消费者日益增长的个性化需求。比如，书中提到的根据个人健康数据定制医疗器械，或者根据个人喜好设计服装配饰，这些都让我看到了3D打印在提升生活品质和满足个性化需求方面的巨大潜力。作者的写作风格非常具有感染力，他用充满激情的语言，描绘了3D打印技术改变世界的宏伟蓝图，让我对这项技术充满了期待和信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，让我对“数字化”在制造业中的作用有了更深刻的理解。在《3D打印：三维智能数字化创造（第3版）（全彩）》中，“智能数字化创造”这个概念被反复强调，作者通过大量的案例，展示了数字技术如何与物理制造深度融合，从而实现前所未有的效率和灵活性。我印象最深刻的是书中关于“数字孪生”和“工业物联网”在3D打印领域的应用探讨，这让我看到了未来制造的智能化和互联化趋势。作者的分析非常透彻，他不仅介绍了技术本身，更深入探讨了这些技术可能带来的社会和经济影响。书中全彩的插图和图表，让那些复杂的概念变得易于理解，大大提升了阅读的体验。

评分☆☆☆☆☆

读完《3D打印：三维智能数字化创造（第3版）（全彩）》这本书，我才真正意识到，我们正处在一个怎样的技术变革时代。它不仅仅是一本关于3D打印的书，更像是一扇通往未来制造方式的大门，让我得以窥见那些曾经只存在于科幻小说中的场景，是如何一步步成为现实的。作者在开篇就以一种宏大的视角，描绘了3D打印技术从诞生之初的默默无闻，到如今成为推动工业革命4.0核心驱动力的发展历程，每一个节点都充满了令人惊叹的创新和突破。我尤其对书中关于材料科学与3D打印结合的部分印象深刻，从最初单一的塑料材料，到如今金属、陶瓷、生物材料甚至食物的打印，这背后的研发艰辛和技术演进，让我感受到了人类智慧的无穷力量。作者并没有止步于介绍技术本身，而是深入探讨了3D打印如何颠覆传统的供应链模式，如何实现个性化定制的大规模生产，以及它在医疗、航空航航天、艺术等领域的广泛应用，每一个案例都极具说服力，让我对这项技术能够解决现实世界问题的潜力有了更深刻的理解。这本书的语言风格非常平实易懂，即使是对3D打印完全不了解的读者，也能轻松入门。作者善于用通俗的比喻和生动的故事，将复杂的科学原理讲解得深入浅出。同时，书中大量的全彩图片和图表，更是锦上添花，让抽象的概念变得可视化，大大增强了阅读的趣味性和理解的深度。这本书的每一页都蕴含着作者严谨的学术态度和对技术的热情，让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度，简直超出了我最初的预期。原以为它会像市面上许多技术书籍一样，只停留在对某个技术点或某个应用领域的浅层介绍。但《3D打印：三维智能数字化创造（第3版）（全彩）》却展现出了一种对整个生态系统的全面审视。作者不仅仅满足于介绍3D打印的打印机种类、打印原理和材料，他更进一步地探讨了“智能数字化创造”这个核心概念。这包括了从设计软件的演进，到数据处理的优化，再到后处理工艺的革新，以及整个生产流程的自动化和智能化。书中对CAD/CAM/CAE软件在3D打印流程中的作用进行了详细的阐述，让我了解到，设计是3D打印的灵魂，而智能的软件工具则是赋予灵魂的关键。特别是关于拓扑优化和参数化设计的章节，简直是为工业设计师和工程师量身打造的宝典，它展示了如何利用计算能力来创造出更轻、更强、更符合人体工程学的设计。此外，书中对区块链技术在3D打印知识产权保护和供应链追溯方面的应用探讨，也让我看到了这项技术在未来发展中的更多可能性，这无疑是极具前瞻性的思考。这本书的论证逻辑严密，观点清晰，每一章节的衔接都非常自然，构成了一个完整的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

《3D打印：三维智能数字化创造（第3版）（全彩）》这本书，给我最直观的感受就是“触手可及的未来”。作者以一种非常接地气的方式，将3D打印这项前沿技术呈现在读者面前，让我感受到科技的进步不再是遥不可及，而是真切地发生在我们的身边。书中详细介绍了3D打印的各种应用场景，从家居用品的个性化定制，到工业产品的快速原型制造，再到医疗领域的突破性进展，每一个例子都充满了想象力，也让我对未来生活充满了憧憬。作者的写作风格非常生动有趣，他善于用故事化的语言，将枯燥的技术知识变得引人入胜。而且，本书的全彩印刷，让那些精美的3D打印模型跃然纸上，极大地增强了视觉冲击力。

评分☆☆☆☆☆

《3D打印：三维智能数字化创造（第3版）（全彩）》这本书，不仅仅是一本技术教材，更是一本关于“创新思维”的启迪录。它让我明白，3D打印技术不仅仅是工具，更是激发创新的催化剂。书中大量展示了3D打印如何在各个领域催生新的设计理念、新的产品形态和新的商业模式。我尤其对书中关于“设计自由度”的讨论印象深刻，3D打印打破了传统制造工艺对产品设计的束缚，使得设计师能够自由地探索更复杂、更创新的形态。例如，书中提到的仿生设计、拓扑优化设计等，都得益于3D打印技术的支持。作者的文笔非常流畅，叙述有条理，让我能够轻松地跟上他的思路，深入理解3D打印技术的精髓。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，在于它提供了一种全新的视角来看待“制造”。在《3D打印：三维智能数字化创造（第3版）（全彩）》中，我看到了从“大规模生产”到“按需制造”的转变，以及这种转变所带来的巨大机遇和挑战。作者深入探讨了3D打印在响应市场需求、缩短产品开发周期、实现复杂结构制造等方面的优势。我特别喜欢书中对不同3D打印技术在不同材料上的应用分析，这让我了解到，每一种技术都有其独特的生命周期和发展方向。比如，书中对金属3D打印技术的详细介绍，让我看到了它在航空发动机、汽车零部件等高端制造领域的巨大潜力。同时，本书的全彩印刷，让那些精密的打印模型和复杂的打印过程得以清晰地展示，极大地提升了阅读的直观感受。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的感受就是，它不仅仅是一本技术手册，更是一本关于“未来已来”的预言书。作者在《3D打印：三维智能数字化创造（第3版）（全彩）》中，将3D打印技术置于更广阔的社会和经济背景下进行审视，让我看到了这项技术对传统制造业、产品设计、消费模式乃至人类生活方式的深远影响。书中关于“数字化创造”的理念，贯穿了整本书，让我理解到，3D打印不仅仅是硬件的进步，更是软件、材料、工艺和思维模式的全面革新。我尤其欣赏作者对于3D打印在供应链重塑方面的深入分析，它打破了地域限制，实现了“在家生产”的可能，这对于未来的全球贸易和经济格局将产生怎样的影响，书中都进行了前瞻性的探讨。这本书的论述逻辑性极强，结构清晰，每一章节的内容都紧密围绕主题展开，让我能够系统地学习和理解3D打印的方方面面。

评分☆☆☆☆☆

我之所以选择这本《3D打印：三维智能数字化创造（第3版）（全彩）》，很大程度上是被“三维智能数字化创造”这个概念所吸引。在我看来，这不仅仅是把东西“打印”出来，更是一种全新的思维方式和创作模式。这本书很好地阐释了这一点。它强调了从数字模型到物理实体的转化过程，以及在这个过程中，“智能”所扮演的关键角色。书中详细介绍了各种3D打印技术，如FDM、SLA、SLS、DMLS等，并通过大量的对比分析，让读者能够清晰地理解它们各自的优缺点、适用场景以及技术瓶颈。我特别欣赏作者在解释这些技术时，不仅仅是陈述事实，而是会结合大量的行业应用案例，比如在汽车制造领域，3D打印如何实现零部件的轻量化和集成化；在医疗领域，如何实现个性化的植入物和手术导板；在航空航天领域，如何制造出形状复杂且性能优越的发动机部件。这些鲜活的案例，让我能够直观地感受到3D打印技术带来的巨大价值和变革力量。而且，本书的全彩印刷，极大地提升了阅读体验，那些精美的模型图片和复杂的工艺流程图，都清晰可见，极大地增强了我的理解。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，《3D打印：三维智能数字化创造（第3版）（全彩）》这本书，在内容上非常扎实，而且更新及时，这一点对于技术类书籍来说尤为重要。作者并没有停留在对过去技术的描述，而是紧密跟踪了最新的发展动态。在“第3版”中，我看到了许多关于新材料、新工艺和新应用的内容，这些都让我对3D打印技术的未来发展趋势有了更清晰的判断。例如，书中关于生物3D打印的章节，详细介绍了如何利用生物墨水打印细胞和组织，这简直是医学领域的革命性突破，也让我对未来医疗的想象空间无限扩大。此外，作者还探讨了3D打印在可持续发展方面的潜力，比如如何利用回收材料进行打印，如何通过按需制造减少浪费，这些都呼应了当下社会对环保和可持续性的关注。这本书的写作风格非常专业，但又保持了足够的易读性，作者善于在晦涩的技术术语和严谨的科学原理之间找到平衡点，让非专业读者也能有所收获。

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学习了

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好

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物流快

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书非常好

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不懂这些，帮人买的，包装很好。

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好

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