3D打?。喝S智能數(shù)字化創(chuàng)造（全彩）

第1章　3D打印與“全球第三次工業(yè)革命”

1.1 3D打?。后w驗(yàn)造物奇跡

1.2 全球第三次工業(yè)革命的導(dǎo)火索

1.2.1 從“第一次工業(yè)革命”到“第三次工業(yè)革命”

1.2.2 3D打印的顯著優(yōu)勢(shì)

1.2.3 3D打印的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.3 對(duì)3D打印的質(zhì)疑

1.3.1 來(lái)自傳統(tǒng)制造業(yè)大佬的質(zhì)疑：不看好3D打印

1.3.2 關(guān)于“3D打印技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性”釋疑

1.3.3 關(guān)于“3D打印技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性”釋疑

1.3.4 關(guān)于“3D打印產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)性”釋疑

1.4 3D智能數(shù)字化與3D打?。河谩疤摂M”再造“現(xiàn)實(shí)”

1.4.1 3D智能數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.4.2 智能數(shù)字化掃描技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.4.3 智能云網(wǎng)：云端智能服務(wù)和云制造

1.4.4 3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.5 創(chuàng)客DIY：新工業(yè)革命的啟蒙運(yùn)動(dòng)

1.5.1 以小博大：創(chuàng)客挑戰(zhàn)巨頭公司

1.5.2 聚沙成塔：改變工業(yè)社會(huì)的組成結(jié)構(gòu)

1.6 “中國(guó)制造”向“中國(guó)智造”轉(zhuǎn)變的機(jī)遇

1.6.1 “中國(guó)制造”需轉(zhuǎn)型升級(jí)

1.6.2 來(lái)自“德國(guó)制造”的啟示

1.6.3 “中國(guó)智造”的發(fā)展機(jī)遇

第2章　3D打印機(jī)的原理與種類

2.1 3D打印時(shí)間簡(jiǎn)史──源自1860

2.2 3D打印機(jī)的工作原理和家族

2.2.1 3D打印機(jī)的工作原理與流程

2.2.2 FDM：熔融沉積成型（FFF：熔絲制造）

2.2.3 3DP：三維打印黏結(jié)成型（噴墨沉積）

2.2.4 SLS：選擇性激光燒結(jié)

2.2.5 SLA：光固化立體成型（立體光刻）

2.2.6 PolyJet：多頭噴射技術(shù)

2.2.7 DLP：數(shù)字光處理

2.2.8 LOM：分層實(shí)體制造

2.3 塑料還是石膏？3D打印機(jī)的各種耗材

2.4 金屬3D打印技術(shù)大盤點(diǎn)

2.4.1 SLS、SLM和DMLS技術(shù)

2.4.2 LCF：激光熔覆成型

2.4.3 LENS/LNSF：激光近凈成型

2.4.4 EBM：電子束熔煉

2.4.5 EBDM：電子束直接制造

2.4.6 金屬3D打印技術(shù)小結(jié)

2.5 兩大陣營(yíng)：工業(yè)級(jí)打印機(jī)與桌面級(jí)打印機(jī)

2.5.1 工業(yè)級(jí)打印機(jī)：兩個(gè)巨頭的主戰(zhàn)場(chǎng)

2.5.2 桌面級(jí)打印機(jī)：創(chuàng)客們的多樣世界

2.6 3D打印與傳統(tǒng)手辦模型制作

2.7 3D打印機(jī)購(gòu)買指南

第3章　剖析3D打印機(jī)：輪子是怎樣發(fā)明的

3.1 RepRap：開源3D打印機(jī)的鼻祖和奠基石

3.2 MakerBot與Ultimaker：桌面雙雄

3.3 Ultimaker組裝實(shí)戰(zhàn)

3.3.1 Ultimaker新到貨開箱照

3.3.2 搭建框架

3.3.3 X/Y/Z軸電機(jī)

3.3.4 X/Y軸承

3.3.5 擠出頭

3.3.6 Z軸載物平臺(tái)

3.3.7 送料機(jī)

3.3.8 Ultimaker的大腦：電路板

3.3.9 大功告成：一臺(tái)完整的打印機(jī)

3.3.10 Gcode與前臺(tái)軟件Cura使用指南

3.3.11 Ultimaker打印成果實(shí)例

3.4 MakerBot Replicator 2與MakerWare打印實(shí)戰(zhàn)

3.4.1 MakerWare進(jìn)行切片和打印

3.4.2 ReplicatorG控制前臺(tái)的設(shè)置：雙噴頭打印雙色模型

3.4.3 MakerBot Replicator 2打印成果實(shí)例

3.5 用輔助盤（Helper Disks）解決翹邊問(wèn)題

3.6 3D打印疑問(wèn)與故障排解小貼士

3.6.1 模型的水密性（Watertight）

3.6.2 模型必須為流形（Manifold）

3.6.3 切片（Slice）與橫切面

3.6.4 層厚度（Layer Thickness）

3.6.5 支撐材料（Support Material）

3.6.6 如何開始打印

3.6.7 如何調(diào)平打印平臺(tái)（粗調(diào)和精調(diào)）

3.6.8 如何更換耗材（上料、退料）

3.6.9 我裝不了塑料絲

3.6.10 我取不出塑料絲導(dǎo)管

3.6.11 為什么我的送料機(jī)挖坑，但就是不吐絲

3.6.12 噴頭堵塞，如何處理

3.6.13 擠出的料無(wú)法粘牢打印平臺(tái)

3.6.14 打印出的東西粘不牢平臺(tái)

3.6.15 噴頭位置偏移，擠出頭坐標(biāo)異常

3.6.16 為什么打印的圓是橢圓

3.6.17 電機(jī)不轉(zhuǎn)，像得了帕金森癥抖個(gè)不停

3.6.18 如何讓模型表面更光滑

3.6.19 我的打印機(jī)需要日常維護(hù)嗎

3.6.20 異常情況如何中斷打印

3.6.21 如何將金屬零件放入我的3D塑料模型中

3.6.22 用CNCSimulator進(jìn)行打印模擬和打印預(yù)覽

3.6.23 打印失敗后是什么樣子

第4章　3D智能數(shù)字化：3D打印的孿生兄弟

4.1 不以規(guī)矩，不成方圓——STL數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)文件解析

4.2 3D智能數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)

4.2.1 “所想即所得”：3D設(shè)計(jì)的新境界

4.2.2 商業(yè)設(shè)計(jì)軟件：3D設(shè)計(jì)的重型武器（Maya、UG）

4.2.3 殺雞焉用牛刀：基于網(wǎng)頁(yè)的設(shè)計(jì)軟件（Tinkercad、3DTin）

4.3 3D智能數(shù)字化掃描技術(shù)

4.3.1 光學(xué)三維掃描儀的原理和實(shí)例（激光、結(jié)構(gòu)白光）

4.3.2 基于Kinect的3D掃描原理和設(shè)備（紅外光斑、ToF）

4.3.3 房地產(chǎn)行業(yè)的新應(yīng)用：室內(nèi)3D掃描建模

4.4 面向“批量定制”和“柔性制造”的智能數(shù)字化

4.5 智能云網(wǎng)：云端智能服務(wù)和云制造

4.6 大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)：3D打印內(nèi)容的挖掘與推薦

4.6.1 什么是大數(shù)據(jù)

4.6.2 大數(shù)據(jù)背景下的個(gè)性化推薦系統(tǒng)

4.6.3 深度學(xué)習(xí)：像人腦一樣深層次地思考

第5章　3D智能數(shù)字化與3D照相館：科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合

5.1 那些年，我們一起追過(guò)的3D照相館

5.1.1 細(xì)數(shù)國(guó)內(nèi)外的3D照相館

5.1.2 3D照相館的設(shè)備及成本

5.1.3 3D照相館贏利模式的探討

5.2 3D照相館的核心技術(shù)：3D智能數(shù)字化

5.3 基于圖像的3D人臉重建技術(shù)

5.3.1 基于單張照片的3D人臉重建及立體浮雕

5.3.2 基于多視角照片的3D人臉重建

5.3.3 人是種視覺(jué)動(dòng)物：如何美化你的照片

5.4 Skanect：使用Kinect實(shí)現(xiàn)3D掃描

5.5 頭發(fā)修補(bǔ)：3D照相館的頭痛問(wèn)題

5.5.1 使用3D-Coat/ ZBrush軟件手工修補(bǔ)發(fā)型

5.5.2 基于視覺(jué)計(jì)算自動(dòng)修補(bǔ)發(fā)型

5.5.3 Geomagic Studio：更通用的任意形狀修補(bǔ)

5.6 3D人臉表情形變與編輯

5.7 直接全彩打印，還是單色打印再上色

5.8 3D打印數(shù)字化設(shè)計(jì)技巧

5.8.1 3DS Max建模用于3D打印

5.8.2 Netfabb/Magics：修正你的STL打印文件

5.8.3 使用AccuTrans 3D轉(zhuǎn)換3D文件格式

第6章　視覺(jué)計(jì)算：構(gòu)建3D打印的殺手級(jí)應(yīng)用

6.1 視覺(jué)計(jì)算：計(jì)算機(jī)視覺(jué)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的融合

6.2 3D打印“批量定制”的智能實(shí)現(xiàn)

6.2.1 個(gè)性特征的描述與檢測(cè)

6.2.2 個(gè)性特征的定位與匹配

6.2.3 個(gè)性化形狀的編輯與合成

6.3 立體視覺(jué)重建：將照片轉(zhuǎn)成3D數(shù)字模型

6.3.1 攝像機(jī)定標(biāo)

6.3.2 基于立體視覺(jué)、SFM和Visual Hull的三維重建

6.4 眾里尋她千百度──海量3D模型的檢索

6.4.1 線性分類與感知機(jī)模型

6.4.2 支持向量機(jī)SVM

6.4.3 基于內(nèi)容的3D模型檢索

6.5 形狀拆解：大尺寸物件的自動(dòng)分塊打印

6.6 形狀分析：優(yōu)化桌面3D打印機(jī)打印精度的表現(xiàn)力

6.7 形狀平衡：如何確保3D物件站立穩(wěn)當(dāng)

6.8 形狀優(yōu)化：生成堅(jiān)固的內(nèi)部輕質(zhì)結(jié)構(gòu)使得耗材最省

6.9 基于筆畫的3D建模：讓新手和孩子輕松設(shè)計(jì)形狀

6.9.1 Doodle3D：3D設(shè)計(jì)就像涂鴉一樣簡(jiǎn)單

6.9.2 Teddy/FiberMesh：更精準(zhǔn)的3D筆畫建模

6.9.3 3-Sweep技術(shù)：輕松讓照片中的2D物體變3D模型

6.9.4 “神筆馬良”3Doodler：用筆直接畫出3D線框?qū)嵨?

6.10 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)：在打印之前看到融入環(huán)境的真實(shí)效果

6.11 OpenCV與OpenGL：視覺(jué)計(jì)算入門的兩大利器

6.11.1 OpenCV與AdaBoost人臉檢測(cè)

6.11.2 OpenGL與3D圖形繪制

第7章　創(chuàng)客：個(gè)人3D打印機(jī)的創(chuàng)造者

7.1 創(chuàng)客文化與開源DIY

7.2 五花八門的創(chuàng)客杰作：從玩具到高速跑車

7.3 寓教于樂(lè)：3D打印出你的個(gè)人數(shù)學(xué)博物館

7.4 創(chuàng)客之開源硬件Arduino（阿德偉諾）

7.4.1 Arduino簡(jiǎn)介

7.4.2 初窺Arduino

7.4.3 牛刀小試：叩開Arduino之門

7.5 創(chuàng)客之開源軟件Android（安卓）

7.5.1 Android概述

7.5.2 開發(fā)平臺(tái)搭建

7.5.3 Android之旅起航：Hello, Android!

7.6 靠創(chuàng)意去賺錢：漫談Kickstarter、Quirky與Shapeways

7.6.1 Kickstarter眾籌：靠創(chuàng)意去籌資

7.6.2 Quirky創(chuàng)意加工廠：把創(chuàng)意變成產(chǎn)品

7.6.3 Shapeways在線打?。喊褌€(gè)性化產(chǎn)品定制出來(lái)

7.7 創(chuàng)客中國(guó)：中國(guó)版喬布斯和比爾"para" label-module="para">

7.7.1 國(guó)外創(chuàng)客為什么紛紛青睞中國(guó)

7.7.2 創(chuàng)客中國(guó)的背景優(yōu)勢(shì)

7.7.3 創(chuàng)客中國(guó)的市場(chǎng)細(xì)分定位

第8章　創(chuàng)客實(shí)戰(zhàn)：四軸飛行器

8.1 你準(zhǔn)備好了嗎：自己制作四軸飛行器

8.2 器件與3D打

8.2.1 四軸飛行器DIY所需的器件匯總

8.2.2 四軸飛行器的遙控器和接收機(jī)

8.2.3 四軸飛行器的飛行控制板

8.2.4 四軸飛行器電調(diào)的選用

8.2.5 四軸飛行器的無(wú)刷電機(jī)和螺旋槳

8.2.6 四軸飛行器的電池和充電器

8.2.7 四軸飛行器的連接線選用

8.2.8 四軸飛行器機(jī)架的3D打印

8.3 三軸陀螺儀和加速度計(jì)的入門與調(diào)試

8.4 自制基于Arduino的飛控板

8.4.1 四軸飛行器的基本電控結(jié)構(gòu)

8.4.2 飛行控制板的制作

8.5 遙控開始：Android手機(jī)的Wi-Fi通信

8.6 四軸飛行器的智能視覺(jué)跟蹤

8.6.1 基于粒子濾波的目標(biāo)跟蹤算法

8.6.2 基于Mean Shift（均值漂移）的目標(biāo)跟蹤算法

第9章　3D打印之不遠(yuǎn)的將來(lái)

9.1 3D打印的未來(lái)：由創(chuàng)客們決定

9.1.1 幾乎為零的設(shè)計(jì)和制造門檻

9.1.2 創(chuàng)客成就3D打印

9.2 手機(jī)應(yīng)用FabApp、App Store與智能云網(wǎng)

9.3 不再僅僅是看著粗糙的FDM

9.4 生物醫(yī)療打?。涸絹?lái)越近的科幻

9.5 美食打印機(jī)：“吃貨”的錢最好賺

9.6 綠色經(jīng)濟(jì)：變沙漠為光影城市

9.7 打印房屋：安得廣廈千萬(wàn)間

9.8 混合材料制造：3D打印電路

9.9 槍支打印“讓子彈飛”、版權(quán)與社會(huì)倫理

9.9.1 3D打印引發(fā)社會(huì)公共安全的憂慮

9.9.2 版權(quán)保護(hù)的難題

9.9.3 社會(huì)倫理的思考及技術(shù)層面解決

9.10 3D打印3D打印機(jī)自己：遺傳與升級(jí)

9.11 3D打印的經(jīng)濟(jì)模式：利基與長(zhǎng)尾效應(yīng)

9.12 “中國(guó)智造”推動(dòng)“全球第三次工業(yè)革命”

9.12.1 新工業(yè)革命之“永不枯竭的綠色能源”

9.12.2 新工業(yè)革命之“3D打印新材料”

9.12.3 新工業(yè)革命之“先進(jìn)制造及3D打印”

9.12.4 新工業(yè)革命之“3D智能數(shù)字化創(chuàng)造”

第10章　道：數(shù)字智能的最優(yōu)化及相關(guān)數(shù)學(xué)方法

10.1 最優(yōu)化理論的基本常識(shí)

10.1.1 從凸集和凸函數(shù)開始說(shuō)起

10.1.2 無(wú)約束優(yōu)化與約束優(yōu)化

10.1.3 線性規(guī)劃與非線性規(guī)劃及其對(duì)偶（Dual）形式

10.1.4 澄清混淆：二次規(guī)劃、二次收斂、二階收斂

10.2 最優(yōu)化根基之單變量“一維搜索”

10.2.1 初始搜索區(qū)域的加步探索法（進(jìn)退法）

10.2.2 黃金分割搜索法（Golden Section Search）

10.2.3 斐波那契（Fibonacci）搜索法

10.2.4 牛頓法、拋物線法

10.2.5 不精確線搜索的Armijo-Goldstein準(zhǔn)則及Wolfe-Powell準(zhǔn)則

10.3 多變量的無(wú)約束優(yōu)化

10.3.1 最速下降法（Steepest Descent，梯度下降法Gradient Descent）

10.3.2 牛頓法（Newton）

10.3.3 擬牛頓法（Quasi-Newton）：DFP和BFGS方法

10.3.4 共軛方向法（Conjugate Direction）

10.3.5 共軛梯度法（Conjugate Gradient）

10.3.6 Powell直接法

10.4 最優(yōu)化根基之“信賴域”

10.4.1 Levenberg-Marquardt（L-M）方法

10.4.2 詳解L-M方法的求解過(guò)程與步驟

10.5 最小二乘問(wèn)題的求解

10.5.1 線性最小二乘問(wèn)題的求解（正規(guī)化方法、QR分解、SVD分解）

10.5.2 非線性最小二乘問(wèn)題（Gauss-Newton方法）

10.6 約束優(yōu)化問(wèn)題的求解

10.6.1 等式約束的拉格朗日乘子法（Lagrange Multiplier）

10.6.2 不等式約束的KKT（KT）條件

10.6.3 懲罰函數(shù)法（外點(diǎn)法、內(nèi)點(diǎn)法）

10.7 最短路徑與動(dòng)態(tài)規(guī)劃（Dynamic Programming）

10.8 “偶然中的必然”──概率與貝葉斯（Bayes）

10.8.1 先驗(yàn)概率、似然函數(shù)、后驗(yàn)概率、貝葉斯公式

10.8.2 樸素（Na"_blank" href="/item/貝葉斯分類/4950736" data-lemmaid="4950736">貝葉斯分類

10.8.3 最大似然估計(jì)、最大后驗(yàn)概率估計(jì)、貝葉斯估計(jì)

10.8.4 貝葉斯學(xué)派與頻率學(xué)派之爭(zhēng)論

參考文獻(xiàn)

后記

作者簡(jiǎn)介

書名：3D打印：三維智能數(shù)字化創(chuàng)造（全彩）（全球第一本系統(tǒng)闡述3D打印與3D智能數(shù)字化的專業(yè)著作）

作者：吳懷宇 編

ISBN： 978-7-121-22063-0

出版時(shí)間：2014年1月出版

定價(jià)：99.00元

頁(yè)數(shù)：428頁(yè)

開本：16開

本書包含最新創(chuàng)客實(shí)踐：組裝3D打印機(jī)，開設(shè)3D照相館，制作四軸飛行器......

擁有眾多讀者群體：操作實(shí)戰(zhàn)派、技術(shù)方法派、商業(yè)運(yùn)作派、大局宏觀派、學(xué)院理論派......

操作實(shí)戰(zhàn)派：面向所有對(duì)3D打印感興趣的讀者，包括3D打印操作、3D智能數(shù)字化掃描、建模、網(wǎng)格處理（適合章節(jié)：除了第10章之外的所有章節(jié)）

技術(shù)方法派：面向IT軟件算法開發(fā)人員，包括計(jì)算機(jī)視覺(jué)、3D計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別的技術(shù)和方法（適合章節(jié)：所有章節(jié)）

商業(yè)運(yùn)作派：面向準(zhǔn)備投資3D行業(yè)的人士，包括如何運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)3D照相館、3D食品打印、教育服務(wù)行業(yè)的3D打印、創(chuàng)客新產(chǎn)品發(fā)明（適合章節(jié)：除了第3、6、10章之外的所有章節(jié)）

大局宏觀派：面向省市級(jí)政府宏觀經(jīng)濟(jì)政策制定人員，包括3D打印、3D智能數(shù)字化的發(fā)展現(xiàn)狀，未來(lái)經(jīng)濟(jì)模式展望和預(yù)測(cè)（適合章節(jié)：第1、2、4、5、7、9章）

學(xué)院理論派：面向3D打印科研人員和3D智能數(shù)字化算法研究人員、高年級(jí)本科生和研究生，包括3D打印的原理工藝、3D智能數(shù)字化的理論方法、最優(yōu)化理論及概率數(shù)學(xué)方法（適合章節(jié)：除了第8章之外的所有章節(jié)）

《詩(shī)經(jīng)·小雅·鶴鳴》有云：“它山之石，可以攻玉”。本書取名《3D打印：三維智能數(shù)字化創(chuàng)造》，靈感源自于筆者發(fā)表在《光明日?qǐng)?bào)》上的一篇3D打印綜述文章的標(biāo)題《3D打?。褐悄軘?shù)字化》。其實(shí)筆者最初提交的是一個(gè)又長(zhǎng)又繞口的題目，非常感謝《光明日?qǐng)?bào)》的編輯以金剛鉆般的犀利進(jìn)行了打磨，使3D打印的本質(zhì)頓時(shí)“彰明較著”，也讓我那篇文章的條理和紋路立刻清晰了許多！所以本書也受此啟發(fā)，起了一個(gè)相似的名字。

相信大多數(shù)讀者在拿起這本書的時(shí)候，對(duì)3D打印或多或少已有耳聞。確實(shí)，自從《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》、《福布斯》、《紐約時(shí)報(bào)》等歐美主流媒體聲稱3D打印將引發(fā)第三次工業(yè)革命開始，全世界各類媒體都對(duì)3D打印做了大量的跟蹤報(bào)道。那么，為什么歐美這么看好3D打印？3D打印又為什么會(huì)引發(fā)一場(chǎng)新工業(yè)革命？3D打印不是30年前就有了嗎？那時(shí)只是一種快速成型工具而已，難道一種“新瓶裝舊酒”的工具就會(huì)引發(fā)一場(chǎng)全球范圍內(nèi)的工業(yè)變革？這場(chǎng)變革與我們中國(guó)的制造業(yè)會(huì)有關(guān)聯(lián)嗎？此外，媒體上經(jīng)常報(bào)道國(guó)外“創(chuàng)客”通過(guò)3D打印機(jī)造出了創(chuàng)意新奇的作品，可當(dāng)我們也深受鼓舞買回一臺(tái)，卻會(huì)發(fā)現(xiàn)3D打印遠(yuǎn)沒(méi)有2D打印輕松，其中最頭疼的事情莫過(guò)于要設(shè)計(jì)和處理所謂的3D數(shù)字化模型了。那么，3D數(shù)字化和3D打印到底是什么關(guān)系？我們又該如何輕松應(yīng)對(duì)呢？

以上這些最基本的問(wèn)題，實(shí)際上已經(jīng)引出了多個(gè)主題，歸納一下：有3D打印、3D智能數(shù)字化、創(chuàng)客、中國(guó)智造、全球第三次工業(yè)革命這5個(gè)關(guān)鍵詞，而且都互有關(guān)聯(lián)。忽略掉其中任何一個(gè)，都無(wú)法完整地回答讀者的上述諸多問(wèn)題。這是擺在本書面前的一個(gè)艱巨的任務(wù)。倘若選擇性忽略，只討論其中的某一個(gè)或幾個(gè)方面，則3D打印機(jī)與一般人眼中的2D打印機(jī)或一臺(tái)普通機(jī)床又有什么差別呢？3D打印無(wú)須模具就可加工任意復(fù)雜的中空形狀，用戶也無(wú)須掌握各種復(fù)雜的制造工藝和加工技能，這樣大幅降低了制造業(yè)的技術(shù)門檻。3D打印的巨大威力雖然源于技術(shù)，但其產(chǎn)生的重要影響力卻又遠(yuǎn)超于此。

依我看來(lái)，2007年爆發(fā)的全球金融危機(jī)，根源在于美國(guó)重視房地產(chǎn)、金融、消費(fèi)等第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而將大量的制造業(yè)外包給了其他國(guó)家，導(dǎo)致自身產(chǎn)業(yè)空心化問(wèn)題日益嚴(yán)重。3D打印這種快速成型制造技術(shù)最近幾年的突然火爆，有一個(gè)重要原因和轉(zhuǎn)折點(diǎn)，那就是2008年創(chuàng)客們發(fā)布了第一款完全開源的個(gè)人3D打印機(jī)RepRap，并把機(jī)械設(shè)計(jì)圖紙、電路圖紙、智能控制代碼無(wú)償放到了網(wǎng)上供人免費(fèi)下載。幾年下來(lái)，變得大眾化，由此掀起了“個(gè)人智造”、“家庭智造”、“網(wǎng)絡(luò)社區(qū)智造”的熱潮。歐美正是希望借創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)和“全民智造”的東風(fēng)，激發(fā)國(guó)民的創(chuàng)造精神，上下齊心來(lái)實(shí)現(xiàn)這次戰(zhàn)略大轉(zhuǎn)移。2014年1月，3D打印的激光金屬燒結(jié)技術(shù)也將因?qū)＠狡诙_源，這將為3D打印的發(fā)展注入更大活力。

與此同時(shí)，我國(guó)政府也非?？释麑⒃咎幱诋a(chǎn)業(yè)鏈低端的“中國(guó)制造”轉(zhuǎn)型為“中國(guó)智造”，從加工組裝環(huán)節(jié)升級(jí)到上游的設(shè)計(jì)研發(fā)環(huán)節(jié)?！爸袊?guó)智造”的核心在于智能化和數(shù)字化（簡(jiǎn)稱“智能數(shù)字化”），不僅要建立數(shù)字化工廠提高各種設(shè)計(jì)制造工藝的精度和效率，同時(shí)要使生產(chǎn)系統(tǒng)向著具有感知、決策、執(zhí)行能力的智能化系統(tǒng)發(fā)展，以做大做強(qiáng)“高端制造”。“中國(guó)智造”在3D打印產(chǎn)業(yè)上的競(jìng)爭(zhēng)力可以通過(guò)發(fā)展3D智能數(shù)字化來(lái)提升。實(shí)際上，“當(dāng)今世界是平的”，在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，中國(guó)制造業(yè)的深度發(fā)展離不開全球市場(chǎng)化布局。因此，“中國(guó)制造”向“中國(guó)智造”轉(zhuǎn)型升級(jí)歷程，實(shí)際上也是共同推動(dòng)和實(shí)現(xiàn)“全球第三次工業(yè)革命”的過(guò)程，并將在其中扮演越來(lái)越重要的角色。

具體來(lái)說(shuō)，第三次工業(yè)革命是以智能數(shù)字化制造及新型材料應(yīng)用為代表的一個(gè)嶄新的時(shí)代，具體特點(diǎn)可描述為：智能數(shù)字化、分布式網(wǎng)絡(luò)化、個(gè)性定制化、綠色可持續(xù)化，典型特征為“智能數(shù)字化”。3D打印、智能數(shù)字化、新材料以及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，將極大地改變制造業(yè)原有的投入模式，使得依靠較少的自然資源和人力資源投入，就能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，并將遠(yuǎn)離產(chǎn)品千篇一律的大規(guī)模制造模式，向更具個(gè)性化的定制規(guī)模發(fā)展。

以上就是全書的基本思路和邏輯線索。下面，具體介紹一下本書的主要內(nèi)容。

本書首先從產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的宏觀視角對(duì)3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)進(jìn)行了詳盡的討論。為了能使讀者對(duì)3D打印、3D智能數(shù)字化、創(chuàng)客、中國(guó)智造、全球第三次工業(yè)革命之間的內(nèi)在緊密關(guān)聯(lián)有比較深入的理解，我們對(duì)這五者的相互作用和關(guān)系進(jìn)行剖析。

3D打印將虛擬的智能數(shù)字化技術(shù)與實(shí)實(shí)在在的工業(yè)產(chǎn)品橋接在一起，跨越了虛擬的比特世界和實(shí)體的原子世界之間的鴻溝。為了讓讀者對(duì)3D打印有透徹的了解，我們從專業(yè)技術(shù)的角度對(duì)3D打印的原理結(jié)構(gòu)、成型工藝和實(shí)際操作進(jìn)行了詳細(xì)介紹，包括對(duì)10多種典型的成型工藝進(jìn)行優(yōu)劣分析和比較，乃至手把手地、從無(wú)到有地組裝一臺(tái)3D打印機(jī)，以便讓大家看得清清楚楚、明明白白。本書對(duì)每一個(gè)操作步驟都進(jìn)行了圖文并茂的詳細(xì)描述，包括實(shí)際運(yùn)作一家3D照相館的所有技術(shù)細(xì)節(jié)。

3D智能數(shù)字化是3D打印的“孿生兄弟”，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)來(lái)智能化地設(shè)計(jì)或獲取一個(gè)3D數(shù)字化模型，以便輸出到3D打印機(jī)。這是本書要討論的重點(diǎn)所在：為了讓用戶“所想即所得”地進(jìn)行數(shù)字化創(chuàng)造，計(jì)算機(jī)需要知道如何更好地生成形狀，即能夠智能地理解用戶的意圖。

我們可以使用智能數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，從無(wú)到有地設(shè)計(jì)3D數(shù)字化產(chǎn)品。最普通的方法是采用傳統(tǒng)的建模工具進(jìn)行實(shí)體建模和曲面建模。而手工建模是一件比較煩瑣、費(fèi)時(shí)的工作，研究人員于是推出了參數(shù)化建模、直接建模工具來(lái)減輕設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。更加智能化的是編程式設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)把形狀的設(shè)計(jì)過(guò)程描述成一系列有特定順序的操作步驟，有點(diǎn)像按照食譜而不是最終的外觀來(lái)制作蛋糕。編程式智能設(shè)計(jì)可以輕易地在這個(gè)蛋糕上繪制幾百萬(wàn)個(gè)規(guī)則的精美圖案，而這對(duì)于手工設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)猶如噩夢(mèng)。

為了生成更加豐富多變的個(gè)性圖案，還可采用復(fù)雜的生長(zhǎng)式智能系統(tǒng)，即所謂的過(guò)程建模。智能化達(dá)到一定層次后，更可讓設(shè)計(jì)的形狀根據(jù)未知環(huán)境實(shí)時(shí)調(diào)整，適應(yīng)各種物理和美學(xué)約束條件。比如，基于算法的智能設(shè)計(jì)軟件能夠根據(jù)物理環(huán)境（如在月球上）調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的空間形狀，以此來(lái)動(dòng)態(tài)獲得一個(gè)最優(yōu)的設(shè)計(jì)形狀，從而使建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

當(dāng)然，并非人人都有能力自己設(shè)計(jì)3D形狀，因此3D智能數(shù)字化的另外一種方法就是3D掃描（俗稱3D照相），基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)、光機(jī)電一體化控制等技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)存在的3D物體進(jìn)行掃描采集，以獲得逼真的數(shù)字化重建。在獲得數(shù)字化模型之后，通常還需要進(jìn)行個(gè)性化編輯定制。特別是對(duì)于“大批量定制”，如為一萬(wàn)名用戶打印定制個(gè)性化的眼鏡、服裝、帽子、鞋子，則需應(yīng)用智能化數(shù)字技術(shù)，如采用視覺(jué)計(jì)算方法，利用攝像頭自動(dòng)采集、分析提取每位用戶的體貌個(gè)性特征，進(jìn)行匹配和定位，并自動(dòng)根據(jù)視覺(jué)美感進(jìn)行形狀設(shè)計(jì)、顏色膚色搭配等，可極大地縮減定制周期。

以開辦一家3D照相館為例，這是3D智能數(shù)字化的典型案例。首先需要對(duì)人體進(jìn)行3D掃描或根據(jù)多視角照片進(jìn)行立體重建，然后利用數(shù)字幾何處理的方法對(duì)缺失和噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行修補(bǔ)，并拼接得到一個(gè)完整的3D模型。其中頭發(fā)的快速修復(fù)就是一個(gè)值得研究的課題，涉及視覺(jué)計(jì)算技術(shù)。此外，用戶很可能還希望對(duì)3D人體形狀或表情進(jìn)行美化、編輯、修改、遷移等，這涉及圖形圖像、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域。在輸出打印前，還涉及形狀的自平衡處理、形狀分析以提高表現(xiàn)力、大尺寸形狀的自動(dòng)分塊、形狀優(yōu)化生成輕質(zhì)結(jié)構(gòu)以節(jié)省耗材、利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)預(yù)覽融入環(huán)境的效果等。

不像MP3那樣可以通過(guò)歌名與歌手名這些結(jié)構(gòu)化的文本信息來(lái)定位，3D模型的檢索要復(fù)雜得多，涉及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的特征提取、相似度度量以及分類算法的設(shè)計(jì)。更讓人頭疼的是，在這個(gè)大數(shù)據(jù)時(shí)代，我們將被信息的海洋淹沒(méi)而變得迷失，以至于都不知道每天應(yīng)該挑選哪些3D模型打印出來(lái)。這時(shí)，通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)的挖掘，個(gè)性化推薦系統(tǒng)可以對(duì)你的個(gè)性偏好進(jìn)行分析，把你可能會(huì)感興趣的3D模型推薦給你。其中，深度學(xué)習(xí)這種模擬人類大腦進(jìn)行智能分析學(xué)習(xí)的方法，將獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

通過(guò)智能感知設(shè)備，3D打印機(jī)還可控制制造的行為，對(duì)打印的過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，然后根據(jù)反饋信息隨時(shí)做出調(diào)整。也就是說(shuō)，這臺(tái)3D打印機(jī)具有學(xué)習(xí)和控制的能力。將來(lái)，通過(guò)把人工智能從計(jì)算機(jī)拓展到現(xiàn)實(shí)世界，還可打印具備感知和學(xué)習(xí)能力的智能物品。此時(shí)，3D打印機(jī)就是新一代智能機(jī)器人，它們能設(shè)計(jì)、制造、修理、回收其他機(jī)器，甚至能夠改進(jìn)和升級(jí)機(jī)器自身，達(dá)到“機(jī)器制造機(jī)器”的新境界。

可以說(shuō)，3D智能數(shù)字化技術(shù)是3D打印實(shí)現(xiàn)“規(guī)模定制”的基礎(chǔ)和關(guān)鍵所在。因此，本書詳細(xì)討論了上面提到的各種3D智能數(shù)字化理論及其實(shí)現(xiàn)方法（如MVS、SVM、AAM、AdaBoost、粒子濾波、Mean Shift、Visual Hull、深度學(xué)習(xí)），涉及3D計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)。我們面向3D打印和3D數(shù)字化行業(yè)人士，將這些非常專業(yè)化的智能算法理論以通俗易懂的方式娓娓道來(lái)，這也是本書的一大特色。

“創(chuàng)客”不僅創(chuàng)造了個(gè)人3D打印機(jī)，同時(shí)也是第三次工業(yè)革命的啟蒙者。這是任何一本3D打印書籍都繞不開的話題，因此，我們?cè)敿?xì)介紹了創(chuàng)客，并專門開設(shè)一章介紹四軸飛行器的DIY制作，以實(shí)例的方式講解創(chuàng)客們喜愛做的東西，將3D打印、智能數(shù)字化技術(shù)這些先進(jìn)的工具融入到創(chuàng)客實(shí)踐當(dāng)中。

綜上，本書是一本以最新視角闡述新工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)、詳細(xì)講解3D打印與3D智能數(shù)字化技術(shù)原理方法、手把手實(shí)戰(zhàn)型教學(xué)的綜合類技術(shù)書籍，因此無(wú)論對(duì)于國(guó)內(nèi)還是國(guó)外的廣大3D打印愛好者、學(xué)術(shù)圈、工業(yè)界、政府產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)決策層均具有重要的參考價(jià)值。

另外，本書提供豐富的網(wǎng)絡(luò)資源下載，其中的內(nèi)容包括：Ultimaker原理圖紙、3D模型頭發(fā)修復(fù)視頻教程、四軸飛行器完整資料。如有需要，讀者可在博文視點(diǎn)官網(wǎng)和作者主頁(yè)下載。

憑一己之力是無(wú)法完成本書的，在此要衷心感謝多年來(lái)一直關(guān)心和支持我的師長(zhǎng)、朋友、同事和學(xué)生。本書在寫作過(guò)程中得到了汪凌峰博士、王穎博士、劉利剛教授、吳毅紅研究員、鄧小明副研究員、汪國(guó)平教授、唐俊副教授、王俊、王潤(rùn)元、張華、隋偉、趙松、沙金正、李成華、吳挺的幫助和支持。此外，參與編寫工作的還有李青、王博洋、劉慶芳、劉孟起、吳炳根、丁根秀、文桂繡、魏淑芹、張?jiān)畦I、國(guó)霽、曾楊圓、彭鋒、文雨虹、殷海東。感謝電子工業(yè)出版社各位老師的辛勤工作，最后特別感謝永遠(yuǎn)關(guān)愛著我的家人。

本書的編寫工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 61272049）、北京市自然科學(xué)基金（No. 4132075）的資助。

由于作者水平有限，書中難免存在紕漏，歡迎廣大讀者批評(píng)指正。在閱讀過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，請(qǐng)發(fā)送E-Mail電子郵件告知，以便今后再版時(shí)加以修正。2100433B

以3D打印為代表的第三次工業(yè)革命，以數(shù)字化、人工智能化制造與新型材料的應(yīng)用為標(biāo)志。

── 英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》

3D打印是第三次工業(yè)革命重要環(huán)節(jié)之一。

── 中國(guó)工程院院士徐志磊

在我國(guó)，3D打印之所以廣受關(guān)注，是因?yàn)樗c創(chuàng)新緊密相關(guān)。

── 中國(guó)工程院院士盧秉恒

3D打印是一種變革性的、短流程的、低成本的數(shù)字化制造技術(shù)。

── 北京航空航天大學(xué)教授王華明

中國(guó)有望在近年躍升為全球最大的3D打印市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)3D打印產(chǎn)值三年或可達(dá)百億元。

── 中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長(zhǎng)羅軍

3D打印與傳統(tǒng)加工工藝是結(jié)合關(guān)系。

── 清華大學(xué)教授顏永年

3D打印是提升我國(guó)創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)從中國(guó)制造走向中國(guó)創(chuàng)造的重要途徑。

── 華中科技大學(xué)教授史玉升

3D打印將無(wú)處不在，并讓每個(gè)人都能夠成為創(chuàng)客。

── 3D Systems公司總裁Avi Reichental

廣泛的各個(gè)行業(yè)都受到3D打印的影響，不僅是傳統(tǒng)的航空、汽車、醫(yī)療等行業(yè)，同時(shí)也包括珠寶、時(shí)裝、食品等，還有紡織業(yè)，以及生物醫(yī)療，比如打印人類的身體組織。

──世界著名3D打印咨詢機(jī)構(gòu)Wohlers主席Terry Wohlers

《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》等主流媒體稱 3D打印將引發(fā)“第三次工業(yè)革命”。本書從產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的宏觀視角對(duì) 3D打印、 3D智能數(shù)字化、創(chuàng)客、中國(guó)智造、全球第三次工業(yè)革命這五者的關(guān)系進(jìn)行了詳盡討論。

D打印：三維智能數(shù)字化創(chuàng)造（全彩）》從專業(yè)技術(shù)的角度對(duì) 3D打印的原理、結(jié)構(gòu)和工藝方法做了詳細(xì)介紹，包括 10多種典型成型工藝的優(yōu)劣分析和比較，手把手、從無(wú)到有地組裝一臺(tái) 3D打印機(jī)等。 3D智能數(shù)字化是 3D打印的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，涉及 3D計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域。本書以通俗易懂、娓娓道來(lái)的方式對(duì)它們進(jìn)行了詳細(xì)講解。

《3D打印：三維智能數(shù)字化創(chuàng)造（全彩）》是一本以作者原創(chuàng)觀點(diǎn)為指導(dǎo)，融匯眾多最新思想，詳細(xì)講解 3D打印和 3D智能數(shù)字化技術(shù)原理方法，手把手實(shí)戰(zhàn)型教學(xué)的綜合類技術(shù)書籍，對(duì)每一個(gè)操作步驟都進(jìn)行了圖文并茂的詳細(xì)描述，包括實(shí)際運(yùn)作一家 3D照相館的所有技術(shù)細(xì)節(jié)?！?D打?。喝S智能數(shù)字化創(chuàng)造（全彩）》無(wú)論對(duì)于國(guó)內(nèi)、國(guó)外的廣大普通用戶及技術(shù)愛好者，還是高等院校大學(xué)生及研究生、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界、政府產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)決策層，都具有重要的參考價(jià)值。

吳懷宇，博士，中國(guó)科學(xué)院副研究員，任職于中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所，模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（NLPR），中國(guó)-歐洲信息、自動(dòng)化與應(yīng)用數(shù)學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（LIAMA）。ICCV/CVPR/ACCV國(guó)際程序委員會(huì)委員、程序主席秘書，以及北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目評(píng)審專家、國(guó)家自然科學(xué)基金評(píng)審專家。

《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》等主流媒體稱3D 打印將引發(fā)新一輪工業(yè)革命。《3D打?。喝S智能數(shù)字化創(chuàng)造（第3版）(全彩)》從產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的宏觀視角對(duì)3D 打印、3D 智能數(shù)字化、創(chuàng)客、中國(guó)智造、全球第四次工業(yè)革命這五者的關(guān)系進(jìn)行了詳盡討論。

《3D打?。喝S智能數(shù)字化創(chuàng)造（第3版）(全彩)》從專業(yè)技術(shù)的角度對(duì)3D 打印的原理、結(jié)構(gòu)和工藝方法做了詳細(xì)介紹，包括十多種典型成型工藝的優(yōu)劣分析和比較，手把手、從無(wú)到有地組裝一臺(tái)3D 打印機(jī)等。3D 智能數(shù)字化是3D 打印的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，涉及3D 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域。《3D打?。喝S智能數(shù)字化創(chuàng)造（第3版）(全彩)》以通俗易懂、娓娓道來(lái)的方式對(duì)它們進(jìn)行了詳細(xì)講解。

《3D打?。喝S智能數(shù)字化創(chuàng)造（第3版）(全彩)》是一本以作者原創(chuàng)觀點(diǎn)為指導(dǎo)，融匯眾多最新思想，詳細(xì)講解3D 打印和3D 智能數(shù)字化技術(shù)原理方法，手把手實(shí)戰(zhàn)型教學(xué)的綜合類技術(shù)書籍，對(duì)每一個(gè)操作步驟都進(jìn)行了圖文并茂的詳細(xì)描述，包括實(shí)際運(yùn)作一家3D 照相館的所有技術(shù)細(xì)節(jié)?！?D打?。喝S智能數(shù)字化創(chuàng)造（第3版）(全彩)》無(wú)論對(duì)國(guó)內(nèi)、國(guó)外的廣大普通用戶及技術(shù)愛好者，還是高等院校大學(xué)生及研究生，學(xué)術(shù)界、工業(yè)界、政府產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)決策層，都具有重要的參考價(jià)值。

第1章 3D打印與“全球第四次工業(yè)革命” 1

1.1 3D 打印 ：體驗(yàn)造物奇跡 1

1.2 全球第四次工業(yè)革命的導(dǎo)火索 11

1.2.1 從“第一次工業(yè)革命”到“第四次工業(yè)革命” 11

1.2.2 3D 打印的顯著優(yōu)勢(shì) 12

1.2.3 3D 打印的應(yīng)用現(xiàn)狀 14

1.3 對(duì) 3D 打印的質(zhì)疑 16

1.3.1 來(lái)自傳統(tǒng)制造業(yè)大佬的質(zhì)疑 ：不看好 3D 打印 16

1.3.2 關(guān)于“3D 打印技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性”釋疑 17

1.3.3 關(guān)于“3D 打印技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性”釋疑 17

1.3.4 關(guān)于“3D 打印產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)性”釋疑 19

1.4 3D 智能數(shù)字化與 3D 打印 ：用“虛擬”再造“現(xiàn)實(shí)” 20

1.4.1 3D 智能數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 21

1.4.2 智能數(shù)字化掃描技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 22

1.4.3 智能云網(wǎng) ：云端智能服務(wù)和云制造 23

1.4.4 3D 打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 24

1.5 創(chuàng)客 DIY ：新工業(yè)革命的啟蒙運(yùn)動(dòng) 26

1.5.1 以小博大 ：創(chuàng)客挑戰(zhàn)巨頭公司 27

1.5.2 聚沙成塔 ：改變工業(yè)社會(huì)的組成結(jié)構(gòu) 28

1.6 “中國(guó)制造”向“中國(guó)智造”轉(zhuǎn)變的機(jī)遇 29

1.6.1 “中國(guó)制造”須轉(zhuǎn)型升級(jí) 29

1.6.2 來(lái)自“德國(guó)制造”的啟示 30

1.6.3 “中國(guó)智造”的發(fā)展機(jī)遇 31

第2章 3D打印機(jī)的原理與種類 37

2.1 3D 打印時(shí)間簡(jiǎn)史──源自 1860 年 37

2.2 3D 打印機(jī)的工作原理和家族 41

2.2.1 3D 打印機(jī)的工作原理與流程 41

2.2.2 FDM ：熔融沉積成型（FFF ：熔絲制造） 42

2.2.3 3DP ：三維打印黏結(jié)成型（噴墨沉積） 44

2.2.4 SLS ：選擇性激光燒結(jié) 46

2.2.5 SLA ：光固化立體成型（立體光刻） 48

2.2.6 PolyJet ：多頭噴射技術(shù)（Material Jetting ：材料噴射） 50

2.2.7 DLP ：數(shù)字光處理 51

2.2.8 LOM ：分層實(shí)體制造 53

2.3 塑料還是石膏？ 3D 打印機(jī)的各種耗材 55

2.3.1 ABS ：應(yīng)用最廣泛的工程塑料 56

2.3.2 EP（彈性塑料） 57

2.3.3 PA（尼龍） 57

2.3.4 PC（聚碳酸酯） 58

2.3.5 PEEK（聚醚醚酮） 58

2.3.6 PPSF（聚纖維酯） 59

2.3.7 PLA ：綠色環(huán)保的生物塑料 59

2.3.8 PETG（共聚酯） 60

2.3.9 PCL（聚己內(nèi)酯） 61

2.3.10 光敏樹脂 ：精細(xì)成型的液態(tài)材料 62

2.3.11 金屬材料 ：不銹鋼、鈦合金、鎂鋁合金、金銀 62

2.3.12 更多 3D 打印材料 ：石膏、蠟、陶瓷、木質(zhì) 65

2.4 金屬 3D 打印技術(shù)大盤點(diǎn) 72

2.4.1 SLS、SLM 和 DMLS 技術(shù) 72

2.4.2 LENS/LNSF/LPF/DMD/LC/LMD/DLF ：激光近凈成型 76

2.4.3 EBM ：電子束熔煉 78

2.4.4 EBDM ：電子束直接制造 80

2.4.5 金屬 3D 打印技術(shù)小結(jié) 80

2.5 兩大陣營(yíng) ：工業(yè)級(jí)打印機(jī)與桌面級(jí)打印機(jī) 81

2.5.1 工業(yè)級(jí)打印機(jī) ：兩個(gè)巨頭的主戰(zhàn)場(chǎng) 82

2.5.2 桌面級(jí)打印機(jī) ：創(chuàng)客們的多樣世界 87

2.6 3D 打印與傳統(tǒng)手辦模型制作 92

2.7 3D 打印機(jī)購(gòu)買指南 93

第3章 剖析3D打印機(jī)：輪子是怎樣發(fā)明的 98

3.1 RepRap ：開源 3D 打印機(jī)的鼻祖和奠基石 98

3.2 MakerBot 與 Ultimaker ：桌面雙雄 99

3.3 Ultimaker 組裝實(shí)戰(zhàn) 101

3.3.1 Ultimaker 新到貨開箱照 102

3.3.2 搭建框架 102

3.3.3 X/Y/Z 軸電機(jī) 105

3.3.4 X/Y 軸承 107

3.3.5 擠出頭 109

3.3.6 Z 軸載物平臺(tái) 112

3.3.7 送料機(jī) 116

3.3.8 Ultimaker 的大腦 ：電路板 117

3.3.9 大功告成 ：一臺(tái)完整的打印機(jī) 121

3.3.10 Gcode 與前臺(tái)軟件 Cura 使用指南 123

3.3.11 Ultimaker 打印成果實(shí)例 128

3.4 MakerBot Replicator 2 與 MakerWare 打印實(shí)戰(zhàn) 129

3.4.1 MakerWare 進(jìn)行切片和打印 129

3.4.2 ReplicatorG 控制前臺(tái)的設(shè)置 ：雙噴頭打印雙色模型 135

3.4.3 MakerBot Replicator 2 打印成果實(shí)例 137

3.5 3D 打印疑問(wèn)與故障排解小貼士 138

3.5.1 模型的水密性（Watertight） 138

3.5.2 模型必須為流形（Manifold） 139

3.5.3 切片（Slice）與橫切面 140

3.5.4 層厚度（Layer Thickness） 140

3.5.5 支撐材料（Support Material） 140

3.5.6 如何開始打印 141

3.5.7 如何調(diào)平打印平臺(tái)（粗調(diào)和精調(diào)） 141

3.5.8 如何更換耗材（上料、退料） 142

3.5.9 我裝不了塑料絲 142

3.5.10 我取不出塑料絲導(dǎo)管 142

3.5.11 為什么我的送料機(jī)挖坑，但就是不吐絲 142

3.5.12 噴頭堵塞，如何處理 143

3.5.13 擠出的料無(wú)法粘牢打印平臺(tái) 143

3.5.14 打印出的東西粘不牢平臺(tái) 143

3.5.15 用輔助盤（Helper Disk）解決翹邊問(wèn)題 143

3.5.16 噴頭位置偏移，擠出頭坐標(biāo)異常 144

3.5.17 為什么打印的圓是橢圓 145

3.5.18 電機(jī)不轉(zhuǎn)，像得了帕金森癥抖個(gè)不停 145

3.5.19 為需要連接的零件選擇合適的容許公差 145

3.5.20 我的打印機(jī)需要日常維護(hù)嗎 145

3.5.21 異常情況如何中斷打印 145

3.5.22 如何將金屬零件放入我的 3D 塑料模型中 146

3.5.23 用 CNCSimulator 進(jìn)行打印模擬和打印預(yù)覽 146

3.5.24 打印失敗后是什么樣子 146

3.6 如何設(shè)計(jì)和設(shè)置一臺(tái)高精度的 3D 打印機(jī) 147

3.6.1 影響打印精度的軟硬件因素 147

3.6.2 如何讓模型表面看起來(lái)更光滑 150

第4章 3D智能數(shù)字化：3D打印的孿生兄弟 153

4.1 不以規(guī)矩，不成方圓——STL 數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)文件解析 153

4.2 3D 智能數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù) 156

4.2.1 “所想即所得”：3D 設(shè)計(jì)的新境界 156

4.2.2 商業(yè)設(shè)計(jì)軟件 ：3D 設(shè)計(jì)的重型武器（Maya、UG） 161

4.2.3 殺雞焉用牛刀 ：基于網(wǎng)頁(yè)的設(shè)計(jì)軟件（Tinkercad、3DTin） 167

4.3 3D 智能數(shù)字化掃描技術(shù) 169

4.3.1 光學(xué)三維掃描儀的原理和實(shí)例（激光、結(jié)構(gòu)白光） 172

4.3.2 基于 Kinect 的 3D 掃描原理和設(shè)備（紅外光斑、ToF） 177

4.3.3 房地產(chǎn)行業(yè)的新應(yīng)用 ：室內(nèi) 3D 掃描建模 183

4.4 面向“批量定制”和“柔性制造”的智能數(shù)字化 184

4.5 智能云網(wǎng) ：云端智能服務(wù)和云制造 185

4.6 大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí) ：3D 打印內(nèi)容的挖掘與推薦 186

4.6.1 什么是大數(shù)據(jù) 187

4.6.2 大數(shù)據(jù)背景下的個(gè)性化推薦系統(tǒng) 189

4.6.3 深度學(xué)習(xí) ：像人腦一樣深層次地思考 192

第5章 3D智能數(shù)字化與3D照相館：科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合 200

5.1 那些年，我們一起追過(guò)的 3D 照相館 201

5.1.1 細(xì)數(shù)國(guó)內(nèi)外的 3D 照相館 201

5.1.2 3D 照相館的設(shè)備及成本 202

5.1.3 3D 照相館贏利模式的探討 205

5.2 3D 照相館的核心技術(shù) ：3D 智能數(shù)字化 206

5.3 基于圖像的 3D 人臉重建技術(shù) 209

5.3.1 基于單張照片的 3D 人臉重建及立體浮雕 210

5.3.2 基于多視角照片的 3D 人臉重建 213

5.3.3 人是一種視覺(jué)動(dòng)物 ：如何美化你的照片 219

5.4 Skanect ：使用 Kinect 實(shí)現(xiàn) 3D 掃描 223

5.5 頭發(fā)修補(bǔ) ：3D 照相館的頭痛問(wèn)題 225

5.5.1 使用 3D-Coat/ ZBrush 軟件手工修補(bǔ)發(fā)型 226

5.5.2 基于視覺(jué)計(jì)算自動(dòng)修補(bǔ)發(fā)型 230

5.5.3 Geomagic Studio ：更通用的任意形狀修補(bǔ) 234

5.6 3D 人臉表情形變與編輯 241

5.7 直接全彩打印，還是單色打印再上色 245

5.8 3D 打印數(shù)字化設(shè)計(jì)技巧 247

5.8.1 3DS Max 建模用于 3D 打印 247

5.8.2 Rhino（犀牛軟件）進(jìn)行 3D 復(fù)雜曲面建模 251

5.8.3 SketchUp 進(jìn)行草圖 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 轉(zhuǎn)換 3D 文件格式 262

第6章 視覺(jué)計(jì)算：構(gòu)建3D打印的殺手級(jí)應(yīng)用 264

6.1 視覺(jué)計(jì)算 ：計(jì)算機(jī)視覺(jué)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的融合 264

6.2 3D 打印“批量定制”的智能實(shí)現(xiàn) 266

6.2.1 個(gè)性特征的描述與檢測(cè) 267

6.2.2 個(gè)性特征的定位與匹配 271

6.2.3 個(gè)性化形狀的編輯與合成 276

6.3 立體視覺(jué)重建 ：將照片轉(zhuǎn)成 3D 數(shù)字模型 281

6.3.1 攝像機(jī)定標(biāo) 281

6.3.2 基于立體視覺(jué)、SFM 和 Visual Hull 的三維重建 288

6.4 眾里尋她千百度──海量 3D 模型的形狀檢索 291

6.4.1 線性分類與感知機(jī)模型 291

6.4.2 支持向量機(jī) SVM 與邏輯回歸 LR 294

6.4.3 基于內(nèi)容的 3D 模型檢索 297

6.5 形狀拆解 ：大尺寸物件的自動(dòng)分塊打印 301

6.6 形狀分析 ：優(yōu)化 3D 打印形狀的表現(xiàn)力 303

6.7 形狀平衡 ：如何確保 3D 物件站立穩(wěn)當(dāng) 309

6.8 形狀優(yōu)化 ：生成堅(jiān)固的內(nèi)部輕質(zhì)結(jié)構(gòu)使得耗材最省 311

6.9 基于筆畫的 3D 建模 ：讓新手和孩子輕松設(shè)計(jì)形狀 315

6.9.1 Doodle3D ：3D 設(shè)計(jì)就像涂鴉一樣簡(jiǎn)單 316

6.9.2 Teddy/FiberMesh ：更精準(zhǔn)的 3D 筆畫建模 318

6.9.3 3-Sweep 技術(shù) ：輕松讓照片中的 2D 物體變 3D 模型 319

6.9.4 “神筆馬良”3Doodler ：用筆直接畫出 3D 線框?qū)嵨?321

6.10 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) ：在打印之前看到融入環(huán)境的真實(shí)效果 322

6.11 3D 網(wǎng)格上的藝術(shù)──數(shù)字幾何處理 323

6.11.1 3D 模型的獲取、配準(zhǔn)與重建 324

6.11.2 3D 網(wǎng)格的幾何拓?fù)湫迯?fù) 325

6.11.3 3D 網(wǎng)格平滑與去噪 326

6.11.4 重網(wǎng)格化和子分網(wǎng)格 329

6.11.5 3D 網(wǎng)格壓縮 330

6.11.6 3D 網(wǎng)格分割 331

6.11.7 3D 網(wǎng)格的參數(shù)化 332

6.11.8 3D 網(wǎng)格的交叉參數(shù)化（一致對(duì)應(yīng)） 335

6.11.9 3D 網(wǎng)格形變、編輯與動(dòng)畫 336

6.11.10 3D 數(shù)據(jù)重定向技術(shù) 337

6.11.11 數(shù)字幾何處理框架 338

6.12 OpenCV 與 OpenGL ：視覺(jué)計(jì)算入門的兩大利器 339

6.12.1 OpenCV 與 AdaBoost 人臉檢測(cè) 339

6.12.2 OpenGL 與 3D 圖形繪制 344

6.12.3 再論 ：向量 / 矩陣、歐拉角與四元數(shù)（Quaternion） 348

第7章 創(chuàng)客：個(gè)人3D打印機(jī)的創(chuàng)造者 353

7.1 創(chuàng)客文化與開源 DIY 353

7.2 五花八門的創(chuàng)客杰作 ：從玩具到高速跑車 355

7.3 寓教于樂(lè) ：3D 打印出你的個(gè)人數(shù)學(xué)博物館 359

7.4 創(chuàng)客之開源硬件 Arduino（阿德偉諾） 363

7.4.1 Arduino 簡(jiǎn)介 363

7.4.2 初窺 Arduino 364

7.4.3 牛刀小試 ：叩開 Arduino 之門 366

7.5 創(chuàng)客之開源軟件 Android（安卓） 367

7.5.1 Android 概述 367

7.5.2 開發(fā)平臺(tái)搭建 368

7.5.3 Android 之旅起航 ：Hello, Android! 370

7.6 靠創(chuàng)意去賺錢 ：漫談 Kickstarter、Quirky 與 Shapeways 373

7.6.1 Kickstarter 眾籌 ：靠創(chuàng)意去籌資 373

7.6.2 Quirky 創(chuàng)意加工廠 ：把創(chuàng)意變成產(chǎn)品 375

7.6.3 Shapeways 在線打印 ：把個(gè)性化產(chǎn)品定制出來(lái) 377

7.7 創(chuàng)客中國(guó) ：中國(guó)版喬布斯和比爾 · 蓋茨的誕生地 378

7.7.1 國(guó)外創(chuàng)客為什么紛紛青睞中國(guó) 378

7.7.2 創(chuàng)客中國(guó)的背景優(yōu)勢(shì) 379

7.7.3 創(chuàng)客中國(guó)的市場(chǎng)細(xì)分定位 379

第8章 創(chuàng)客實(shí)戰(zhàn)：四軸飛行器 381

8.1 你準(zhǔn)備好了嗎 ：自己制作四軸飛行器 381

8.2 器件與 3D 打印 382

8.2.1 四軸飛行器 DIY 所需的器件匯總 383

8.2.2 四軸飛行器的遙控器和接收機(jī) 384

8.2.3 四軸飛行器的飛行控制板 385

8.2.4 四軸飛行器電調(diào)的選用 386

8.2.5 四軸飛行器的無(wú)刷電機(jī)和螺旋槳 387

8.2.6 四軸飛行器的電池和充電器 388

8.2.7 四軸飛行器的連接線選用 389

8.2.8 四軸飛行器機(jī)架的 3D 打印 389

8.3 三軸陀螺儀和加速度計(jì)的入門與調(diào)試 390

8.4 自制基于 Arduino 的飛控板 393

8.4.1 四軸飛行器的基本電控結(jié)構(gòu) 393

8.4.2 飛行控制板的制作 395

8.5 遙控開始 ：Android 手機(jī)的 Wi-Fi 通信 397

8.6 四軸飛行器的智能視覺(jué)跟蹤 399

8.6.1 基于粒子濾波的目標(biāo)跟蹤算法 400

8.6.2 基于 Mean Shift（均值漂移）的目標(biāo)跟蹤算法 403

第9章 3D打印之不遠(yuǎn)的將來(lái) 406

9.1 3D 打印的未來(lái) ：由創(chuàng)客們決定 406

9.1.1 幾乎為零的設(shè)計(jì)和制造門檻 407

9.1.2 創(chuàng)客成就 3D 打印 407

9.2 手機(jī)應(yīng)用 FabApp、App Store 與智能云網(wǎng) 409

9.3 不再僅僅是看著粗糙小型的 FDM 411

9.4 生物醫(yī)療打印 ：越來(lái)越近的科幻 412

9.5 美食打印機(jī) ：“吃貨”的錢最好賺 416

9.6 綠色經(jīng)濟(jì) ：變沙漠為光影城市 419

9.7 安得廣廈千萬(wàn)間 ：3D 打印房屋與陶瓷打印機(jī) 420

9.8 混合材料制造 ：3D 打印電路 424

9.9 槍支打印“讓子彈飛”、版權(quán)與社會(huì)倫理 427

9.9.1 3D 打印引發(fā)社會(huì)公共安全的憂慮 427

9.9.2 版權(quán)保護(hù)的難題 429

9.9.3 社會(huì)倫理的思考及技術(shù)層面解決 431

9.10 3D 打印 3D 打印機(jī)自己 ：遺傳與升級(jí) 432

9.11 3D 打印的經(jīng)濟(jì)模式 ：利基與長(zhǎng)尾效應(yīng) 433

9.12 “中國(guó)智造”推動(dòng)“全球第四次工業(yè)革命” 436

9.12.1 新工業(yè)革命之“永不枯竭的綠色能源” 436

9.12.2 新工業(yè)革命之“3D 打印新材料” 437

9.12.3 新工業(yè)革命之“先進(jìn)制造及 3D 打印” 438

9.12.4 新工業(yè)革命之“3D 智能數(shù)字化創(chuàng)造” 439

第10章 道：數(shù)字智能的最優(yōu)化及相關(guān)數(shù)學(xué)方法 442

10.1 最優(yōu)化理論的基本常識(shí) 443

10.1.1 從凸集和凸函數(shù)開始說(shuō)起 443

10.1.2 無(wú)約束優(yōu)化與約束優(yōu)化 446

10.1.3 線性規(guī)劃與非線性規(guī)劃及其對(duì)偶（Dual）形式 447

10.1.4 澄清混淆 ：二次規(guī)劃、二次收斂、二階收斂 448

10.2 最優(yōu)化根基之單變量“一維搜索” 449

10.2.1 初始搜索區(qū)域的加步探索法（進(jìn)退法） 449

10.2.2 黃金分割搜索法（Golden Section Search） 450

10.2.3 斐波那契（Fibonacci）搜索法 451

10.2.4 牛頓法、拋物線法 451

10.2.5 不精確線搜索的 Armijo-Goldstein 準(zhǔn)則及 Wolfe-Powell 準(zhǔn)則 452

10.3 多變量的無(wú)約束優(yōu)化 455

10.3.1 最速下降法（Steepest Descent，梯度下降法 Gradient Descent） 455

10.3.2 牛頓法（Newton） 455

10.3.3 擬牛頓法（Quasi-Newton）：DFP 和 BFGS 方法 456

10.3.4 共軛方向法（Conjugate Direction） 458

10.3.5 共軛梯度法（Conjugate Gradient） 459

10.3.6 Powell 直接法 459

10.4 最優(yōu)化根基之“信賴域”460

10.4.1 Levenberg-Marquardt（L-M）方法 461

10.4.2 詳解 L-M 方法的求解過(guò)程與步驟 462

10.5 最小二乘問(wèn)題的求解 .462

10.5.1 線性最小二乘問(wèn)題的求解（正規(guī)化方法、QR 分解、SVD 分解） 463

10.5.2 非線性最小二乘問(wèn)題（Gauss-Newton 方法） 464

10.6 約束優(yōu)化問(wèn)題的求解 .464

10.6.1 等式約束的拉格朗日乘子法（Lagrange Multiplier） 464

10.6.2 不等式約束的 KKT（KT）條件 .465

10.6.3 懲罰函數(shù)法（外點(diǎn)法、內(nèi)點(diǎn)法） 466

10.7 最短路徑與動(dòng)態(tài)規(guī)劃（Dynamic Programming） 467

10.8 “偶然中的必然”──概率與貝葉斯（Bayes） 468

10.8.1 先驗(yàn)概率、似然函數(shù)、后驗(yàn)概率、貝葉斯公式 468

10.8.2 樸素（Na?ve）貝葉斯分類 469

10.8.3 最大似然估計(jì)、最大后驗(yàn)概率估計(jì)、貝葉斯估計(jì)、EM 算法 471

10.8.4 貝葉斯學(xué)派與頻率學(xué)派之爭(zhēng)論 475

參考文獻(xiàn) 477

跋 488

作者簡(jiǎn)介 490 2100433B

適讀人群 ：本書適合從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師、設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生及所有對(duì)智能產(chǎn)品感興趣的人士閱讀。

2017年被稱為智能應(yīng)用元年，亦是人工智能發(fā)展的拐點(diǎn)。如何設(shè)計(jì)智能產(chǎn)品呢"sup--normal" data-sup="1" data-ctrmap=":1,"> [1]