吕鉴涛，中共党员，归国计算机科学博士，政府特聘科技专家。曾任职中关村知名软件公司为高级软件工程师。本科和硕士就读于华中师范大学。后留学于加拿大Dalhousie University。毕业后任职于加拿大联邦政府。2010年回国创业，将企业做到行业领先位置。带领团队研发出全球首款并量产的3D食品打印机，引发国内各大媒体争相报道。拥有多项个人专利和软件著作权。 2013和2016年分别入选“3551人才计划”和“湖北省百人计划”等海外高层次人才引进计划。享受政府特殊人才津贴。
目 录
第1 章 引论 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
第２章 3D 打印技术的起源与发展 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6
2．1 3D 打印技术的基本原理与起源 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6
2．2 3D 打印技术国内外发展现状 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 10
2．2．1 国外3D 打印技术的发展现状 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 10
2．2．2 国内3D 打印技术的发展现状 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11
2．3 3D 打印技术与中国制造2025 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 13
2．3．1 中国制造2025 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 13
2．3．2 3D 打印与中国制造2025 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14
第３章 3D 打印机系统结构与控制系统 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
3．1 通用3D 打印机硬件系统概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19
3．1．1 3D 打印机机械结构系统 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20
3．1．1．1 电机 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20
3．1．1．2 电源 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24
3．1．1．3 导轨 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25
3．1．1．4 丝杠 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25
3．1．1．5 加热板 热床 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27
3．1．1．6 挤出机 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 28
3．1．1．7 机身结构 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 30
3．1．2 3D 打印机硬件控制系统 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 36
3．2 通用3D 打印机软件控制系统 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 38
第4 章 3D 打印技术及材料分类与应用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
4．1 3D 打印技术分类 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 43
4．1．1 熔融沉积成型技术 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 43
4．1．2 选择性激光烧结技术 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 44
4．1．3 激光选区熔化成型技术 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 45
4．1．4 光固化立体成型技术 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 47
4．1．5 分层实体制造技术 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 48
4．1．6 三维打印成型技术 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 49
4．1．7 其他3D 打印技术 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 51
4．2 3D 打印材料分类 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
4．2．1 3D 打印材料物理状态分类 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
4．2．2 3D 打印材料化学性能分类 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
4．2．3 3D 打印材料成型方法分类 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
4．3 各类打印材料及其应用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56
4．3．1 3D 打印工程塑料 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56
4．3．2 3D 打印光敏树脂 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 58
4．3．3 3D 打印橡胶类材料 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 58
4．3．4 3D 打印金属材料 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
4．3．5 3D 打印陶瓷材料 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
4．3．6 其他3D 打印材料 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 60
4．4 我国3D 打印材料技术发展的现状与机遇 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 62
第5 章 3D 打印数据处理与通用建模软件概览 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
5．1 3D 打印数据处理 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
5．1．1 STL 格式简介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
5．1．2 3D 打印数据处理流程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 64
5．2 3D 建模通用软件简介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65
5．2．1 3ds Max 简介与STL 建模实例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65
5．2．2 UG 简介与STL 建模实例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 70
5．2．3 Pro Engineer 简介与STL 建模实例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 79
5．2．4 SolidWorks 简介与STL 建模实例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 89
第6 章 3D 打印编程技术与通用算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
6．1 3D 打印编程技术简介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
6．1．1 3D 打印机固件开发环境 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 100
6．1．2 3D 打印与Gcode ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105
6．2 3D 打印技术相关算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 111
6．2．1 3D 打印分层切片处理 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 111
6．2．1．1 STL 切片算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 111
6．2．1．2 STL 文件结构与操作处理编程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．． 114
6．2．1．3 基于CuraEngine 的3D 模型切片 ．．．．．．．．．．．．．． 123
6．2．2 扫描路径生成与填充算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 130
6．2．3 支撑生成算法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 137
6．2．4 成型方向与算法优化概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 146
第7 章 3D 打印云芯片与云切片技术 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 150
7．1 云控制芯片简介与应用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151
7．2 CUDA 编程技术简介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 154
7．2．1 CUDA 概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 154
7．2．2 GPU 架构概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 157
7．2．3 CUDA 与并行计算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 157
7．2．3．1 建立CUDA 编程环境 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 158
7．2．3．2 CUDA 编程架构优缺点 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 162
7．3 CUDA 编程实例 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 165
7．3．1 编写第一个CUDA 程序 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 165
7．3．2 CUDA 并行编程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 167
7．4 基于CUDA 架构的3D 模型切片 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 170
7．4．1 CUDA 多核编程API 简介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 170
7．4．2 CUDA 架构模型切片处理流程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 172
第8 章 3D 打印云平台与个性化定制 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 175
8．1 构建3D 打印生态云平台 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 175
8．1．1 3D 打印云生态系统 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 175
8．1．1．1 云计算技术简介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 175
8．1．1．2 基于云计算架构的3D 打印生态系统 ．．．．．．． 178
8．1．2 3D 打印生态系统用户群 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 181
8．2 云平台个性化定制服务系统 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 182
8．2．1 云创意设计中心 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 184
8．2．2 云打印中心 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 185
8．2．3 周边服务交易中心 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 187
8．3 分布式云打印与个性化定制 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 188
8．3．1 3D 打印与个性化定制 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 188
8．3．1．1 个性化市场趋势分析 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 188
8．3．1．2 个性化定制商品的市场容量 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 189
8．3．1．3 3D 打印生态系统的个性化服务流程 ．．．．．．．． 191
8．3．2 3D 打印智能制造云平台管理系统简介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 192
第9 章 工业4．0 与3D 打印 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 197
9．1 工业4．0 概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 197
9．1．1 “工业4．0”概念的由来 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 197
9．1．2 “工业4．0”的核心技术与行业影响 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 199
9．2 3D 打印技术在工业4．0 中的重要作用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 209
第10 章 3D 打印技术应用展望 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 213
10．1 3D 打印技术应用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 213
10．1．1 3D 打印时代的生活 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 213
10．1．2 3D 打印时代的教育 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 219
10．1．3 3D 打印时代的制造 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 223
10．1．4 3D 打印时代的知识产权 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 225
10．2 3D 打印时代的机遇与挑战 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 226
10．3 4D 打印技术简介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 228
附录A 中英文术语对照表 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 230
附录B 3D 打印机安装测试与常见故障维修 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 234
B．1 3D 打印机安装调试 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 234
B．2 3D 打印机常见故障与处理方法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 243
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 250
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