3D设计是现代设计技术, 3D打印是现代加工技术, 两者有着密不可分的关系。本书以国产3D软件“中望3D”和桌面3D打印机“MakeBot”为工具, 以项目的形式将工具的学习融入其中, 淡化技能学习而突出创意, 展现3D设计和3D打印在DIY、教学领域、机器人比赛等领域中的应用。

3D打印引领了制造技术的变革，正改变着世界，有人甚至称它会是开启第三次工业革命的钥匙。
　　改变世界，也许我们并不能立即感受到，但身边的变化确是真真切切的。2013年，我辅导学生参加FTC（FIRST科技挑战赛）比赛，美国FIRST官网在北京时间2013年9月8日夜里发布了赛季主题“BLOCK PARTY！”。比赛中，场地上要使用一种叫作“BLOCK”的任务装置——外形为边长5cm的立方体。熟悉 FTC比赛的师生都知道，这些比赛器材要经代理商进口到国内，至少要在主题发布后40～60天才能交到我们手中，大部分人只能选择等待。我的学生当时就在官网下载了图纸和说明（不是3D模型），自己用3D设计软件画出了模型。第二天，也就是9月9日，他来学校上课的时候，把模型载入了学校技术实践中心的3D打印机，也就是一个多小时，模型打印完成了。那一刻，“与世界同步”是那么的真切！
　　2014年年初，几个学生参加国际青年物理学家竞赛（International Youth Physical Tournament，IYPT），其中一个竞赛题目是这样的：一个马鞍状的物体，“马鞍”的凹处放置一个乒乓球，当然这个乒乓球是放不稳的，会立刻滚落，当“马鞍”旋转起来后，乒乓球就能立住而不跌落。题目只给出现象，学生要自己找到“马鞍”的曲面形状，并进行理论解释。可以想象，技术实践中心又多了一堆3D打印出的“马鞍”，曲面各异。有了3D打印机的帮助，学生的想法几乎在第一时间（之所以没有说“立刻”，是因为目前的3D打印速度还不高，模型的打印时间还略长）就得以实现。如果用传统的铣削方式加工，时间成本和物质成本都会太高，甚至难以承受。
　　对青少年来说，3D打印机无疑是创新道路上的又一把利器。
　　就像武侠小说里的情节一样，拥有宝剑的不一定是侠客，还要练就一些本领。你会发现，真正开始使用3D打印机后，如果只是从网上下载几个模型并打印出来，这只是一种最低层次的应用。3D打印真正的意义在于制作自己的设计，这时候就要学习3D设计软件。你还会发现，3D打印机偶尔还有些“小脾气”，并不会乖乖地把模型“变出来”，这就需要我们去了解3D打印机的原理、相关的机械和电子知识、维护及使用的技巧等。
　　本书内容大致可分为以下三部分。
　　（1） 在借鉴了开源的3D打印机软、硬件基础上，尝试自己设计并制作一台3D打印机，借此了解3D打印机的工作原理。当然，作者在一开始就预见到了结果： 这台打印机的性能一般，设计上甚至有缺陷。但创新的道路就是这样，不可能一开始就十分完美。很多人缺少的不是创新意识，而是迈出第一步的勇气。不要思前想后，有想法就要去实现它，即使失败了，也能收获经验。
　　（2） 虽然读者使用的打印机各有不同，但目前的桌面式打印机的使用大同小异，本书结合主流的MakerBot 3D打印机，以案例的形式介绍打印机的操作方法和模型的打印技巧。
　　（3） 3D设计软件的使用。软件的使用融入“3D打印机”的设计、打印案例中，避免泛泛的讲解，突出实用性。
　　由于编者水平所限，书中难免存在疏漏和不足，恳请广大读者批评指正。
　　编者2016年8月

　刘玉田，知名创客，北京远程教育专业委员会中小学创客教育执委会执委，北京市东城区通用技术学科兼职教研员，北京市东城区“少年科学院”机器人工作室特色导师；连续三届带队参加“FIRST科技挑战赛”，分获北京市亚军、全国亚军、北京市冠军。

第1章3D打印概览1
1.13D打印概述1
1.23D打印的工艺类型2
1.33D打印的实现过程4
1.3.1用CAD工具进行设计4
1.3.2用CAM工具与打印机交互5
第2章设计一个3D打印机6
2.1中望3D软件基本操作6
2.1.1下载和安装“中望3D教育版”6
2.1.2软件初始界面10
2.1.3文件管理11
2.2“3D打印机”建模——“8mm光轴360”16
2.2.1软件基础讲解1——插入草图16
2.2.2“8mm光轴360”建模过程119
2.2.3软件基础讲解2——绘制草图20
2.2.4软件基础讲解3——约束22
2.2.5“8mm光轴360”建模过程225
2.2.6软件基础讲解426
2.2.7“8mm光轴360”建模过程327
2.2.8软件基础讲解5 28
2.2.9软件基础讲解6 29
2.3“3D打印机”建模——“5mm光轴450”31
2.4“3D打印机”建模——“8mm光轴支座”34
2.4.1“8mm光轴支座”建模过程134
2.4.2软件基础讲解1——草图绘制思路36
2.4.3软件基础讲解2——绘制多线段36
2.4.4“8mm光轴支座”建模过程236
2.4.5软件基础讲解3——设置背景色37目录 玩转3D设计和3D打印
2.4.6“8mm光轴支座”建模过程3 37
2.4.7软件基础讲解4——选中图形元素39
2.4.8“8mm光轴支座”建模过程439
2.4.9软件基础讲解5——设置面的颜色40
2.4.10“8mm光轴支座”建模过程541
2.4.11“8mm光轴支座”建模过程647
2.52D工程图50
2.5.12D工程图基本设置50
2.5.2生成2D工程图54
2.5.32D工程图的标注58
2.6“3D打印机”建模——12mm光轴支座61
2.7“3D打印机”建模——2020梁360、2020梁40062
2.7.1“2020梁360”的建模过程63
2.7.2“2020梁400”的建模过程69
2.8“3D打印机”建模——框架装配69
2.8.1“框架装配”过程69
2.8.2软件基础讲解——关于装配74
2.9“3D打印机”建模——Z轴系统77
2.9.1“3D打印机”建模——Z轴丝杠77
2.9.2“3D打印机”建模——丝杠螺母81
2.9.3“3D打印机”建模——微型轴承、直线轴承(光轴轴承)83
2.9.4“3D打印机”建模——42步进电动机支架87
2.9.5“3D打印机”建模——省略建模过程的零件91
2.10“3D打印机”建模——装配92
2.11“3D打印机”建模—— X轴系统96
2.11.1“3D打印机”建模——中滑块97
2.11.2“3D打印机”建模——右滑块、左滑块102
2.11.3“3D打印机”建模——X轴系统装配107
2.12“3D打印机”建模——Y轴系统109
第3章3D打印机的电子系统113
3.1电子系统的组成113
3.2打印机的固件129
3.2.1下载相关资源129
3.2.2固件参数设置1132
3.2.3阶段性调试138
3.2.4固件参数设置2140
3.2.5开始打印146
第4章MakerBot 3D打印机的使用149
4.1Replicator 2X 基本参数149
4.2MakerBot官网资料150
4.3MakerBot账户(MakerBot Account)154
4.4MakerBot Desktop155
4.5下载并打印一个模型157
4.5.1下载模型157
4.5.2选择打印机机型158
4.5.3添加模型158
4.5.4模型操作160
4.5.5打印参数设置164
4.5.6SD卡打印167
4.5.7USB直连打印171
第5章作品设计和打印技巧172
5.1个性手机壳172
5.1.1手机壳的设计172
5.1.2手机壳的打印181
5.1.3 打印技巧184
5.2电池储存盒190
5.2.1电池储存盒的设计190
5.2.2电池储存盒的打印198
5.2.3ABS材料无底座打印技巧200
5.3门塞207
5.3.1门塞的设计207
5.3.2门塞的打印213
5.3.3打印技巧——更换打印丝214
5.4小人儿牙刷架218
5.4.1小人儿牙刷架的设计218
5.4.2小人儿牙刷架的打印222
5.4.3打印技巧——喷头堵塞223
5.5“3D打印机”项目中的零件打印228
5.5.1底座的作用228
5.5.2支撑的作用230
5.5.3模型的放置231
5.5.4公差控制234
5.6旋转套环236
5.6.1旋转套环的设计237
5.6.2旋转套环的打印239
5.6.3双色打印技巧240
5.7爱心戒指249
5.7.1爱心戒指的设计249
5.7.2爱心戒指的打印256
5.7.3PLA打印257
结语261
参考文献262