本書以3D打印技術工藝為主線，系統探究3D打印技術的工藝原理及創新應用。本書介紹了3D打印技術的發展現狀、工程應用和工藝原理等，探討了熔融沉積成型工藝、光固化成型工藝、激光選區燒結工藝、三維立體打印工藝以及激光選區熔化工藝等3D打印技術工藝，并結合機電產品研發、教育機器人創新設計與研發的典型研發項目案例，系統總結了3D打印技術在新產品創新設計與研發中的應用。
3D打印技術最早稱為快速成形技術或快速原型制造技術，誕生于20世紀80年代后期，是在現代CAD/CAM技術、機械工程、分層制造技術、激光技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術的基礎上集成發展起來的一種先進制造技術。可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或直接制造零件，從而為零件原型制作、新設計思想的校驗等方面提供了一種高效低成本的實現手段。
傳統制造技術是“減材制造技術”，3D打印則是“增材制造技術”，它具有數字制造、分層制造、堆積制造、直接制造、快速制造等明顯特點，被譽為“第三次工業革命最具標志性的生產工具”。3D打印技術內容涵蓋了產品生命周期前端的“快速原型”和全生產周期的“快速制造”相關的所有打印工藝、技術、設備類別和應用。
3D打印技術，屬于新一代綠色高端制造業，與智能機器人、人工智能并稱為實現數字化制造的三大關鍵技術，這項技術及其產業發展是全球正在興起新一輪數字化制造浪潮的重要基礎。加快3D打印產業發展，有利于國家在全球科技創新和產業競爭中占領高地，進一步推動我國由“工業大國”向“工業強國”轉變，促進創新型國家建設，加快創造性人才培養。
目前，我國3D打印技術雖然取得了長足進展，與美歐等發達國家基本處于同一水平，甚至在金屬構件打印方面已經超過美國。但與美國相比，我國對這項技術重視和規劃不夠。一是主導的技術標準、公共技術平臺尚未確立，缺乏產學研一體化機構，技術研發和推廣應用還處于無序狀態；二是產業規模化程度低，產業鏈尚未有效形成，產業整合度較低；三是缺乏市場機制，技術進步主要在國家項目資助下開展，企業的主體作用不明顯；四是教育培訓和社會推廣乏力，3D打印相關課程尚未列入機械、材料、信息技術等工程學科的教學必修課程體系，企業對3D打印技術的前景認識不到位導致產業需求不足。
國家增材制造產業發展推進計劃（2015-2016年）明確指出組織實施學校增材制造技術普及工程。在學校配置增材制造設備及教學軟件，開設增材制造知識的教育培訓課程，培養學生創新設計的興趣、愛好、意識，在具備條件的企業設立增材制造實習基地，鼓勵開展教學實踐。依托已有的增材制造優勢高校和科研機構，建立健全增材制造人才培養體系，積極開展高校教師的增材制造知識培訓，支持在有條件的高校設立增材制造課程、學科或專業，鼓勵院校與企業聯合辦學或建立增材制造人才培訓基地。
為了滿足國內高校開設增材制造（3D打印）相關課程教學的實際需要，我們結合編者近年來的3D打印技術課程教學改革和科研實踐，組織編寫了3D打印實用教程，本教材分為十章。第一章主要論述了3D打印技術的發展現狀和工程應用等；第二章主要介紹了3D打印技術的工藝及原理；第三章主要介紹了熔融沉積成型工藝；第四章介紹了光固化成型工藝；第五章介紹了激光選區燒結工藝；第六章介紹了三維立體打印工藝；第七章介紹了激光選區熔化工藝；第八章通過典型的創意產品研發項目，詳細闡述了創意產品創新設計與研發過程；第九章通過典型機電產品研發項目，詳細闡述了機電產品創新設計與研發過程；第十章通過典型的教育機器人研發項目，詳細闡述了教育機器人創新設計與研發過程；第十一章主要論述了3D打印技術的設計思維和工程應用；第十二章主要論述了基于3D打印技術的產品快速設計與制造系統。
本書既是作者五年3D打印技術理論研究與實踐探索相互融合的結晶，也是江西省“卓越工程師教育計劃”試點專業多年來人才培養模式改革成果總結，同時也是近年來基于3D打印技術培養一批創新研發型新產品研發工程師的實踐經驗總結。
本書的特點主要體現在以下方面：
先進性。作者在3D打印技術掀起第三次工業革命的背景下，面向3D打印產品研發工程師的教育培養，系統性地介紹了前沿性的3D打印工藝，并開拓性地提出3D打印新技術在創意產品、機器人產品和機電產品中的創新應用。
綜合性。本書研究的內容注重機械工程、工業設計、材料工程、增材制造等多學科知識與工程技術的交叉滲透，打破傳統專業門類對學生知識結構和能力體系的束縛，突破傳統學科、專業培養體系的樊籬，力求基于新產品研發的全生命周期理論和新產品研發模式，培養具有高創造性的3D打印產品研發工程師。
創造性。本書所涉及的多個新產品創新設計與研發工程案例，大都來源于工程實際，具有新穎性、獨特性和創造性，其中多項產品申請發明專利與實用新型專利，大部分目前已經獲得國家知識產權局的專利授權。創造性運用3D打印技術開展多項新產品研發的工程創造實踐，重點培養工科學生的3D打印產品創新設計與研發能力。
借鑒性。本書所采用的3D打印產品創新設計與研發方法，是作者五年來在高等工程教育人才培養模式改革實踐中，不斷反思、總結、提煉和優化的教育新結果，多年的工程教育改革實踐表明：3D打印技術、三維數字化技術和開源硬件技術的融合創新與創新應用，不僅激發了工科學生的學習興趣與創造熱情，而且大幅度提高了學生的工程實踐能力、數字化產品開發技術應用能力、產品創新設計與研發能力，并為制造業企業轉型升級的需要，培養了一批產品創新設計與研發人才。
參與本書編寫工作的主要有宜春學院陳鵬、桂林電子科技大學楊熊炎、南昌航空大學的熊博文、宜春幼兒師范高等專科學校的劉仕昌、山東凱文科技職業學院李冰、湖南工業大學余江鴻和江西應用技術職業學院謝穎等高校教師。
本書寫作過程中，得到了宜春學院的學生創客梅永亮、李云蘭、趙國建、王春喜、徐文超、劉文祥、吳楠、袁兆麟等的鼎力相助，梅永亮主持了彎管器的研發工作，李云蘭主持了教育機器人、扶手箱鉸接件的研發工作，趙國建、王春喜主持了創意筆筒的研發工作，吳楠、袁兆麟主持了組合筆筒的研發工作，劉文祥主持了微型硬幣快速清分機的研發工作。他們在作者的創客教育培養理念下不斷成長，在3D打印產品研發中集體表現出的開拓進取精神與創新實踐能力，讓身為創客導師的作者倍感欣慰，在此一并表示衷心的感謝，感謝他們在為新產品研發所付出的汗水與智慧，感謝他們讓作者的創客教育改革積累了寶貴的實踐經驗，更感謝他們讓作者更加堅定了自己的創客教育理想。
在本書編寫過程中，參考了百度百科等網絡資源，同時還參考了美國MakerBot公司、北京太爾時代科技有限公司、陜西恒通智能機器有限公司、深圳維示泰克技術有限公司、磐紋科技（上海）有限公司、南京寶巖自動化有限公司等企業3D打印成型設備的技術資料，在此一并表示衷心的謝意。
本書力求嚴禁細致，然而，限于作者的水平以及新產品研發工作的復雜性、艱巨性和長期性，本書一定存在不少缺點和不足，期待能夠得到兄弟院校的同仁、企業和社會各界專家學者的批評指正。
陳鵬，江西余干人，宜春學院物理科學與工程技術學院副教授，長期從事產品創新設計、研發及教育教學工作。主持參與國家自然基金、江西省教育規劃項目、江西省社科規劃項目、江西省教學改革研究項目等各級項目10多項。
第1章 3D打印概述
1．1 3D打印技術與新工業革命
1．2 3D打印技術的發展現狀
1．3 3D打印技術的主要應用
1．3．1 3D打印技術應用領域
1．3．2 3D打印技術行業應用
第2章 3D打印技術的原理及工藝
2．1 3D打印技術的基本原理
2．2 3D打印技術的基本工藝
2．3 3D打印的工藝過程
第3章 熔融沉積成型工藝
3．1熔融沉積成型的原理和特點
3．2熔融沉積成型的工藝過程
3．3熔融沉積成型的材料和設備
3．3熔融沉積成型設備
3．4熔融沉積成型設備使用
3．4．1 UP PLUS2 3D打印機
3．4．2 MakerBot Replicator Z18 3D打印機
第4章 光固化成型工藝
4．1 光固化成型的原理和特點
4．2 光固化成型的工藝過程
4．3 光固化成型的材料和設備
4．4光固化成型設備使用 82
4．4．1 渦輪葉片的三維CAD建模
4．4．2產品三維模型的數據處理
4．4．3 渦輪葉片的快速成型制作
4．4．4 MPS280激光快速成型機操作規程
第5章 激光選區燒結工藝
5．1激光選區燒結工藝的原理和特點
5．2激光選區燒結工藝的工藝過程
5．3激光選區燒結工藝的設備和材料
5．4激光選區燒結工藝設備使用
5．4．1 Lasercore5300快速成型系統的特點
5．4．2 Lasercore5300快速成型系統的使用
第6章 三維立體打印工藝
6．1三維立體打印工藝的原理和特點
6．2三維立體打印工藝的設備
第7章 激光選區熔化工藝
7．1 激光選區熔化的原理和特點
7．2 激光選區熔化工藝材料
7．3 激光選區熔化工藝設備
7．4激光選區熔化設備的工程應用
7．4．1Dimetal-100 SLM成型設備的介紹
7．4．2 Dimetal-100 SLM成型設備的使用
第8章 3D打印創意產品設計與研發
8．1創意產品設計與研發
8．1．1 3D打印技術在創意設計中的價值
8．1．2 3D打印技術在產品創意中的應用
8．2 3D打印創意香臺的設計與開發
8．2．1 創意構思
8．2．2造型設計
8．2．3 3D打印制作
8．3 3D打印創意高跟鞋的設計與研發
8．3．1 創意構思
8．3．2造型設計
8．3．3 3D打印制作
8．3．4 模型修整
8．3．5 裝飾處理
8．4 3D打印創意組合筆筒的設計與研發
8．4．1 研發意義
8．4．2設計調研
8．4．3創意構思
8．4．4 三維建模
8．4．5 3D打印制作
第9章 3D打印機電產品研發的項目實踐
9．1 開源硬件
9．1．1開源硬件開發平臺
9．1．2開源硬件分析比較
9．2 Arduino
9．2．1 主控板
9．2．2 Arduino軟件
9．2．3 Arduino應用案例
9．3 3D打印微型硬幣清分機設計與研發
9．3．1 產品研發意義
9．3．2設計調研
9．3．3創意構思
9．3．4機械系統運動方案設計
9．3．5執行機構的設計
9．3．6 三維建模
9．3．7控制系統設計
9．3．8 3D打印制作及樣機測試
第10章 3D 打印教育機器人設計與研發
10．1 教育機器人
10．1．1 教育機器人概況
10．1．2 教育機器人產品
10．2 3D打印兩足教育機器人設計與研發
10．2．1 產品研發意義
10．2．2設計調研
10．2．3創意構思
10．2．4設計方案
10．2．5 三維建模及運動仿真
10．2．6控制系統設計
10．2．6產品的3D打印制作及樣機測試
10．3 3D打印四足教育機器人設計與研發
10．3．1 研發意義
10．3．2設計調研
10．2．3創意構思
10．3．4設計方案
10．3．5 三維建模及運動仿真
10．3．6 模型渲染
10．3．7 控制系統設計
10．3．8打印制作及樣機測試
10．4 項目總結
第11章 3D打印技術的設計思維與工程應用
11．1 3D打印的設計思維
11．2 扶手箱鉸接件逆向設計與制作
11．2．1工程問題的提出
11．2．2 三維CAD建模
11．2．3 3D打印制作
11．2．4 安裝使用
11．3彎管器的設計與制作
11．3．1工程問題的提出
11．3．2 設計構思和三維建模
11．3．3 3D打印制作
11．3．4 產品裝配及應用
第12章 基于3D打印技術的產品快速設計與制造系統
12．1逆向工程技術
12．1．1 逆向工程技術概述
12．1．2 逆向工程技術應用領域
12．1．3 逆向工程的關鍵技術
12．1．4 逆向工程工程軟件
12．1．5 汽車逆向工程應用
11．2 產品快速設計與制造集成系統
11．2．1 RE/RP工藝流程
12．2．2 系統的基本結構及功能
12．2．3 產品快速設計與制造系統的構建
12．3 摩托車車身快速開發實例
12．3．1 摩托車車身快速開發流程
12．3．2 摩托車車身快速開發案例
參考文獻
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