本書闡述了3D打印技術的原理和3D打印技術，介紹了3D打印的常用材料及其特性，還以金屬構件、機電器件以及陶瓷等其他構件的3D打印成形為例，進行了3D打印技術的應用說明，用大量的數據、圖片生動地展示了3D打印技術在諸多行業的應用。
另外，本書還詳細介紹了逆向設計與3D打印技術的相關概念、逆向設計的應用范圍和發展趨勢。針對Imageware、Geomagic Studio、Geomagic Design Direct、Pro/Engineer和UG NX等當今流行的設計軟件，結合逆向設計軟件的設計實例進行了實際操作演示，具有較強的實際應用價值。通過對本書的學習，將逆向設計與3D打印技術相結合，能快速縮短產品設計和制造周期，提高產品質量并使產品盡快上市。
本書可供從事機電產品逆向設計、機械制造及其自動化、材料科學與工程等專業的科技人員和在校師生參考。也可供廣大機械制造、材料成形、醫療、汽車制造、飛機零部件、商業機器、模型、玩具、服裝等領域專業人士和眾多3D打印DIY人士參考。
適讀人群 ：本書可供從事機電產品逆向設計、機械制造及其自動化、材料科學與工程等專業的科技人員和在校師生參考。也可供廣大機械制造、材料成形、醫療、汽車制造、飛機零部件、商業機器、模型、玩具、服裝等領域專業人士和眾多3D打印DIY人士參考。
3D打印是集材料科學、逆向工程技術、機械工程、CAD、分層制造技術、數控技術、激光技術于一身的綜合技術。本書結合作者自己長期的研究工作，在國內外逆向工程與3D打印實用技術研究進展基礎上，內容涵蓋了逆向工程的產生、應用范圍、常見的數據采集方法、基于點云數據的建模技術、行業領先的逆向工程軟件、3D打印技術以及令人眼花繚亂的全方位應用。全書內容詳盡，深入淺出，讀者通過本書能夠理論結合實際，快速掌握逆向工程與3D打印技術，成為高手!
逆向設計技術是現代產品設計理論與方法的重要組成部分，是正向設計的擴展和補充，是消化吸收先進技術和縮短產品設計開發周期的重要手段，目前已廣泛應用于產品的復制、改進及創新設計。3D打印技術是具有工業革命意義的新興制造技術，它正逐步融入產品的研發、設計、生產各個環節，是材料科學、制造工藝與信息技術的高度融合與創新，是推動生產方式向柔性化、綠色化發展的重要途徑，是優化、補充傳統制造方式，催生生產新模式、新業態和新市場的重要手段。當前，3D打印技術已在裝備制造、機械電子、軍事、醫療、建筑、食品等多個領域起步應用，產業呈現快速增長勢頭，發展前景良好。
3D打印是基于打印件的CAD模型，采用增材制造原理，應用不同的打印方法，高效、高精度地制造出產品或模型。逆向設計是通過獲取產品尺寸結構數據，構建產品CAD模型，從而實現產品的復制或改造創新。將逆向設計與3D打印技術相結合，能夠極大地縮短產品設計和制造周期，提高產品質量并使產品提前上市。本書闡述了3D打印技術的原理和3D打印技術的分類，介紹了3D打印常用的材料及其特性。詳細介紹了光固化快速成形（SLA）、疊層實體制造（LOM）、選區激光燒結/熔化（SLS、SLM）、黏結劑噴射式（3DP）以及熔融沉積式（FDM）打印機的工作原理、技術特點、成形材料和典型的打印設備。以金屬構件、機電器件以及陶瓷等其他構件的3D打印成形為例，進行了3D打印技術的應用說明。
同時，本書還介紹了逆向設計與3D打印技術的相關概念、逆向設計的應用范圍和發展趨勢。闡述了產品數據的采集方法與測量設備的選擇依據，詳細說明了三坐標測量機、關節式測量臂、數字攝影三維坐標測量系統和手持式激光掃描儀測量系統的測量原理、測量精度和測量方法。本書還論述了逆向設計的數據預處理、多視數據對齊、數據分割等先進的數據建模技術，介紹了逆向設計軟件的分類和幾種常用的逆向設計軟件，針對Imageware、Geomagic Studio、Geomagic Design Direct、Pro/Engineer和UG NX共5種當今流行的設計軟件，分別歸納了每種軟件的功能特點和操作流程，并結合設計實例進行了實際操作演示，具有較強的實際應用價值和參考價值。本書可供從事機電產品逆向設計、機械制造及其自動化、材料科學與工程等專業的科技人員和在校師生參考。也可供廣大機械制造、材料成形、醫療、汽車制造、飛機零部件、商業機器、模型、玩具、服裝等領域專業人士和眾多3D打印DIY人士參考。
本書在編寫過程中，張錦、郭世杰等同事參加了資料整理、實例應用和配圖等工作，在此表示感謝。
由于編者水平和時間有限，疏漏之處在所難免，敬請各位讀者率直批評指正。
編著者
2016年9月
第1章逆向設計與3D打印概述 1
1.1逆向設計的概念1
1.1.1逆向設計的基本步驟2
1.1.2逆向設計CAD建模的要點3
1.2逆向設計的應用范圍3
1.3逆向設計過程中的注意事項6
1.4逆向設計的數據采集技術6
1.4.1接觸式數據采集方法7
1.4.2非接觸式數據采集方法7
1.5測量數據的處理技術8
1.5.1掃描數據預處理8
1.5.2數據點群的平滑處理9
1.5.3數據點群的精簡與壓縮處理9
1.5.4數據分割10
1.6產品模型的重構技術11
1.7逆向設計的發展趨勢11
1.7.1逆向設計技術的研究熱點11
1.7.2逆向設計技術的瓶頸13
1.8逆向設計與3D打印技術14
第2章逆向設計數據采集 16
2.1現代精密測量技術17
2.1.1數字化測量技術17
2.1.2激光測量技術和儀器17
2.1.3絕對式光柵尺17
2.1.4大尺寸、復雜幾何型面輪廓測量技術17
2.2數據采集方法與測量設備的選擇18
2.2.1三坐標測量機CMM18
2.2.2數字攝影三坐標測量系統18
2.2.3經緯儀測量系統18
2.2.4全站儀測量系統18
2.2.5激光跟蹤測量系統19
2.2.6激光掃描測量系統19
2.2.7關節式坐標測量機19
2.2.8室內GPS20
2.3三坐標測量機及其操作20
2.3.1三坐標測量機的應用21
2.3.2三坐標測量機的組成及工作原理22
2.3.3橋式三坐標測量機23
2.3.4三坐標測量機的操作流程35
2.3.5箱體類零件的測量實例38
2.4關節式坐標測量機及其操作39
2.4.1FARO CAM2 Measure 10軟件41
2.4.2采用FARO Edge測量臂測量實例41
2.4.3采用FARO Laser ScanArm 測量臂測量實例47
2.5數字攝影三維坐標測量系統48
2.5.1數字攝影三維坐標測量系統VSTARS48
2.5.23DSS幻影四目型三維光學掃描儀50
2.6手持式激光掃描儀測量系統52
第3章逆向設計建模技術 55
3.1數據預處理55
3.1.1異常點處理55
3.1.2孔洞修補57
3.1.3數據平滑58
3.1.4數據精簡60
3.2多視數據對齊63
3.2.1基于三基準點的對齊方法64
3.2.2多視數據統一66
3.2.3多視數據對齊的誤差分析67
3.3數據分割69
3.3.1數據分割方法69
3.3.2散亂數據的自動分割70
3.4模型重建技術73
3.4.1特征識別與數據分割73
3.4.2二次曲線曲面的擬合74
3.4.3對稱平面的識別79
3.4.4自由曲線擬合81
3.4.5自由曲面擬合82
3.5點云的三角網格及三角曲面構造86
3.5.1點云的三角網格構造86
3.5.2Bezier 三角曲面擬合86
3.6基于斷層圖像數據的模型重建方法89
3.6.1圖像邊界輪廓的提取89
3.6.2輪廓分割和邊界識別91
3.6.3切片間切片配準93
3.6.4表面識別97
3.6.5STL模型的重建97
3.6.6實體模型的重建98
3.7模型光順性檢查方法100
3.7.1基于曲率的方法101
3.7.2基于光照模型的方法101
3.7.3等高線法102
第4章逆向設計常用軟件及應用 103
4.1逆向設計常用軟件103
4.1.1逆向設計軟件的分類103
4.1.2逆向設計常用軟件103
4.2基于Imageware的逆向設計實例104
4.2.1Imageware概述104
4.2.2Imageware工作流程107
4.2.3Imageware逆向設計實例 108
4.3基于Geomagic Studio的逆向設計實例118
4.3.1Geomagic Studio概述118
4.3.2Geomagic Studio工作流程119
4.3.3Geomagic Studio逆向設計實例131
4.4基于Geomagic Design Direct的逆向設計實例137
4.4.1Geomagic Design Direct軟件介紹137
4.4.2Geomagic Design Direct建模流程138
4.4.3Geomagic Design Direct模塊功能138
4.4.4Geomagic Design Direct逆向設計實例141
4.5基于Pro/Engineer的逆向設計實例146
4.5.1Pro/Engineer軟件介紹146
4.5.2Pro/Engineer軟件主要模塊147
4.5.3Pro/Engineer軟件逆向設計功能147
4.5.4Pro/Engineer軟件逆向設計實例149
4.6基于UG NX的逆向設計實例163
4.6.1UG NX軟件介紹163
4.6.2UG NX軟件逆向設計功能164
4.6.3UG NX逆向設計的基本技巧164
4.6.4UG NX逆向設計實例166
第5章3D打印技術177
5.13D打印技術原理178
5.23D打印技術分類178
5.33D打印材料179
5.3.1工程塑料180
5.3.2光敏樹脂180
5.3.3橡膠類材料181
5.3.4金屬材料181
5.3.5陶瓷材料181
5.3.6其他3D打印材料182
5.43D打印技術國內發展現狀182
5.4.1高校與研究機構方面182
5.4.2企業方面183
5.5光固化快速成形184
5.5.1光固化快速成形工作原理184
5.5.2光固化快速成形技術特點185
5.5.3光固化快速成形機典型設備186
5.6疊層實體制造189
5.6.1疊層實體制造工作原理189
5.6.2疊層實體制造技術特點190
5.6.3疊層實體制造典型設備191
5.7選區激光燒結/熔化成形191
5.7.1選區激光燒結/熔化成形工作原理191
5.7.2選區激光燒結/熔化成形技術特點192
5.7.3選區激光燒結/熔化成形典型設備193
5.8黏結劑噴射197
5.8.1黏結劑噴射工作原理197
5.8.2黏結劑噴射技術特點198
5.8.3黏結劑噴射式打印機噴頭198
5.8.4黏結劑噴射式打印機成形材料199
5.8.5黏結劑噴射式打印機典型設備201
5.9熔融沉積211
5.9.1技術概述211
5.9.2熔融沉積工作原理211
5.9.3熔融沉積技術特點212
5.9.4熔融沉積式打印機成形材料213
5.9.5熔融沉積式打印機典型設備214
第6章3D打印技術的應用222
6.1金屬構件3D打印成形222
6.1.1金屬構件激光燒結式直接成形222
6.1.2金屬構件激光熔化式成形223
6.1.3金屬構件激光熔覆式成形224
6.1.4金屬構件電子束熔覆式成形225
6.1.5金屬構件的其他3D打印自由成形226
6.2機電器件3D打印成形227
6.2.13D打印無人機227
6.2.23D打印汽車228
6.2.3復雜器件的3D打印成形229
6.33D打印的其他廣泛應用231
6.3.1陶瓷構件231
6.3.2建筑構件234
6.3.3食品236
6.3.4文物237
6.3.5生物醫學240
6.3.6生活用品243
6.4我國3D打印面臨的問題245
參考文獻 247
新書資訊