本书是一部用于在3D打印机上创建几乎任何物品的权 威指南，本书将揭开3D打印设计过程的神秘面纱，为那些刚接触3D打印的新手、激情洋溢的艺术师、经验丰富的工程师、3D打印企业家和初次拥有一台3D打印机的人士，提供正确的工作流程，以确保原始创意能够被3D打印出来。本书探讨了多种3D打印项目，重点是使用免费提供的3D设计应用程序，采用一步步的技术，详细描述了如何创建各种各样的可3D打印对象，并解释了样条曲线、多边形和实体模型之间的区别。读者将会从本书中获得对多种建模软件深入了解，将学习到有机建模、硬边建模和基于CAD的精 确建模工具之间的差异，并将它们应用于制作可3D打印的设计、实用产品和个性化的艺术品。无论是一个需要精打细算的学生，或是正在探索3D打印研发项目的公司，本书将提供正确的工具和技术，以确保3D打印成功。本书适合3D打印爱好者、培训机构、中小学3D创新课程任课教师学习参考。
随着3D打印设计过程的持续发展，借助这一革命性的、令人着迷的技术，创客、艺术师和工程师之间紧密合作，将为寻找到新的重大突破铺平了道路。如果没有这些充满活力的3D社区，我不可能完成本书。因此，我要向在前进道路上给予我极大帮助的所有专业人士表示深深的感谢！必须非常感谢ToyBuilderLabs(www.toybuilderlabs.com)、MatterHackers(www.matterhackers.com)、Deezmaker(www.deezmaker.com)和3DPrintLife(www.3dprintlife.com)，是它们提供了耗材、建议、3D打印机（尤其是DeezmakerBukito）和其他用品等3D打印方面的援助。特别感谢要献给PVNet（edu.pvnet.com），它为我提供了灵感，并把我介绍给我的技术审核员AlexChen。我还必须感谢3DPrinterWorld、JoanHorvath、帕萨迪纳城市学院和南加州大学，帮助我在3D打印社区中建立起持续发展的关系。尤其是要感谢我的家人给予我关于设计和教育方面的创造性梦想的大力支持！
最后献词会献给我的儿子和未来的一代——用坚毅、奉献精神、想象力去努力追求，为使我们大家的世界变得更美好！
乔•米卡勒夫
3D打印（增材制造）技术被委以“引发制造业革命”的重任，在《中国制造2025》国家战略中也占有重要的地位。经过前几年的爆发期与发展期，中国3D打印市场也在以几何倍数增长，目前，3D打印已广泛渗透于各行各业，不断探索这种技术的应用潜能。国内已出现了陶瓷3D打印，食品3D打印机的功能在不断完善，3D打印在建筑领域的应用范围也在不断扩大，3D打印在医疗领域的应用有了新的突破，在通过医疗审批后，3D打印人体植入物会解决更多患者的病痛。2016年6月，国外提出了喷射成型的新型金属3D打印技术：Xjet，能像墨水打印一样打印液态金属，据称它几乎能解决金属成型3D打印技术的所有缺点，如果该技术能够解决致密度问题，3D打印就会对制造业产生革命性的影响。
3D打印对教育行业也产生了深刻的变革。2016年，在国家的大力支持下，全国大城市的中小学几乎都配置了3D打印机。STEAM的教育理念在国内得到认可，这是面向新知识经济时代的重实践的超学科教育概念。让思维可见，让创意可行，借助3D打印技术，让学生在新的体验中培养创造力和享受学习的乐趣，真正培养出适合未来社会发展所需要的合格人才。
一切看起来都很美好，但整个3D打印领域都面临着人才稀缺的难题，在教育培训领域则尤为突出，几乎没有一所学校系统性开设3D打印专业。国内众多3D打印爱好者缺乏3D设计方面的入门教程，中小学相关教师也急需得到这方面的系统培训。为普及3D打印设计方面的知识，译者自2014年起，业余时间陆续翻译和编写了有关3D打印设计方面的初级教程，基本涵盖了中小学、创客教育所需的3D建模知识，出版后取得了良好的社会反响。其中《3D打印建模：Autodesk123DDesign详解与实战》已是第三次印刷，国内一些中小学教师参考该书开展了教学，而《3D打印建模：AutodeskMeshmixer实用基础教程》是国内第一本讲解Meshmixer使用方法的教程，这两个软件在本书中也是重点讲解的内容。
针对3D打印的设计，是数字建模的一个子集，有别于日常生活中所常见的动画设计。3D打印设计是如何得到数字模型，然后生成.stl文件的过程（目前如此，以后可能会统一到新的文件格式），对初学者而言，选用何种软件是非常重要的。个人认为应用软件的难易程度是分层次的，过于复杂的专业软件根本不适合初学者。先从简单的软件入手，理解3D建模的概念，循序渐进，然后再根据自己的发展方向升级到专业软件。我过去选择软件的思路是既要简单易用，又要有专业软件与之对应，这也与本书作者的思路不谋而合，只不过是作者介绍了Sculptris雕刻软件（对应Zbrush），我选择了CubifySculpt（对应FreeForm），原因是CubifySculpt的界面足够简洁，易于被孩子们接受，功能同样强大，而且能直接雕刻导入的.stl文件。顺便提一句，本书作者乔•米卡勒夫（JoeMicallef）有过十年的平面设计经验，我接触平面设计的时间更长些，深刻体会到平面设计基础对于3D建模的重要性。
《3D打印设计入门教程》是一本全面讲解3D打印建模所需知识的上手指南，从目前3D打印所能实现的功能开篇，介绍了3D打印的设计方法、设计流程和设计策略，以及准备模型用于3D打印的全部知识，分类讲解了实体建模、有机（本书主要指雕刻）建模技术，混合使用这些技术进行定制化的技术。本书示例丰富，配以大量图例，以帮助新手能够顺利进入3D设计之门。书中还对3D设计中的概念做了详细的解释，使读者正确理解3D设计，为后续深入学习专业软件打下良好的基础。作者非常注重设计流程，通过学习，每一位新人都应该能够完成针对3D打印的设计项目。
本书涉及了3D打印设计的全部内容，国内正缺乏一本这样的入门教程，本书的出版将结束国内3D打印入门阶段教学内容支离破碎的局面，是广大3D打印爱好者的福音。本书适合3D打印爱好者、培训机构、中小学3D创新课程任课教师学习参考。
把3D设计写得足够简单且内容丰富，是个矛盾体，我也深深体会到这种“纠结”，为把一个过去面向专业人员的概念，如何向普通大众解释清楚而绞尽脑汁。感谢本书作者编写这样一本教程，它是一把钥匙，将为更多渴望学习3D打印知识的新人打开神奇的大门！
如果想更全面深入地掌握Autodesk123DDesign和Meshmixer用法，也可参考我编写的专门教程。不过，对于初学者而言，建议在项目中学习，不要过度追求建模技术，而牺牲享受3D打印成功的乐趣，你的打印项目就是一个制造过程，上手大胆去做吧！
由于译者水平有限，不足之处在所难免，希望广大读者提出宝贵意见，以帮助完善本书。
陈启成
译者序
前言
第1章 3D打印能够做什么？1
1.1 应用3D打印，设计进入了新时代2
1.2 借助3D打印，实现新创意的可行性6
1.2.1 3D打印日常物品6
1.2.2 重新改进普通物品7
1.2.3 3D打印在校园8
1.2.4 超越了雕塑、结构和形状的界限9
1.2.5 3D打印对传统雕塑的补充10
1.2.6 制作过去无法做出的物品11
1.2.7 3D打印在建筑领域中的应用12
1.2.8 3D打印珠宝和奢侈品14
1.2.9 3D打印的时尚品和可穿戴设备16
1.2.10 个人制造3D打印的玩具16
1.2.11 3D打印无人机和机器人17
1.3 迁移到3D打印18
1.3.1 不断发展的材料技术19
1.3.2 软件设计方面的进步23
1.3.3 开源社区的促进作用24
1.3.4 众筹推动新机型的发展26
1.3.5 新的创客文化27
1.4 新创企业伴随3D打印普及而成长28
1.5 增材制造VS减材制造31
1.6 设计和制造方式的转变：这是制造业复兴的开始吗？33
1.7 小结35
第2章 探索3D打印的设计技术36
2.1 你成了工厂36
2.2 评审你的设计方案37
2.3 为3D打印生成创意：从哪里开始？38
2.3.1 草图对完善创意的重要性38
2.3.2 利用在线模型数据库来创建和修改对象45
2.3.3 逆向工程是必不可少的47
2.3.4 混搭制造和套件拼装49
2.3.5 探索艺术和有机雕刻技术56
2.3.6 使用3D扫描来修改已存在的物体58
2.3.7 摄影测量59
2.3.8 激光雷达扫描59
2.3.9 记住：形状复杂度是任意的64
2.4 使用免费的3D建模软件开始设计67
2.5 本书所使用的3D软件概述68
2.5.1 Autodesk Tinkercad68
2.5.2 OpenSCAD69
2.5.3 Microsoft 3D Builder70
2.5.4 FreeCAD71
2.5.5 Autodesk 123D Design72
2.5.6 Pixologic Sculptris73
2.5.7 Autodesk Meshmixer74
2.5.8 Blender75
2.6 3D打印所需的额外技能76
2.7 小结76
第3章 开始设计一个盒子77
3.1 需要用到的工具78
3.2 使用基本构建物体开始：立方体、球体和圆柱体78
3.3 在Tinkercad中设计简单的盒子79
3.3.1 Tinkercad入门80
3.3.2 如何使用Tinkercad83
3.4 在Tinkercad中创建盒子83
3.4.1 拖放一个立方体到工作平面83
3.4.2 缩放立方体到正确尺寸85
3.4.3 复制立方体来创建挖空的盒子85
3.4.4 在Tinkercad中复制对象86
3.4.5 缩小并对齐立方体86
3.4.6 通过复制较大的立方体创建盖子88
3.4.7 缩小较大的立方体89
3.4.8 利用颜色编码来帮助选择/识别模型中部件的解释89
3.4.9 在盖子上创建一个凸台91
3.4.10 使用Tinkercad的孔操作，执行布尔差分运算92
3.4.11 为盖子添加一个把手93
3.5 在OpenSCAD中设计简单的盒子95
3.5.1 OpenSCAD入门96
3.5.2 如何使用OpenSCAD97
3.6 在OpenSCAD中构建盒子97
3.7 小结100
第4章 为3D打印盒子做好准备101
4.1 3D打印制作流程103
4.2 使用3D打印机的四条途径103
4.3 确保3D模型准备就绪，可供3D打印104
4.4 确保3D打印成功的最终设计因素106
4.4.1 因素1：将使用什么类型的3D打印工艺？106
4.4.2 因素2：最终输出尺寸108
4.4.3 因素3：部件在打印床上摆放的朝向109
4.4.4 因素4：支撑结构110
4.4.5 因素5：耗材类型112
4.5 测试、探索和试验113
4.6 使用软件工具来验证3D模型的可打印性能114
4.7 在Meshmixer中为3D打印盒子做好准备114
4.7.1 Meshmixer中视图导航115
4.7.2 使用Meshmixer准备用于3D打印的Box.stl文件116
4.7.3 使用Select（选择）工具，正确重定向盒子中的部件118
4.7.4 使用Move（移动）工具，把盖子移动到构建平台的基面120
4.7.5 输出到打印机121
4.7.6 调整.stl文件的大小122
4.7.7 修复模型122
4.7.8 添加支撑结构123
4.7.9 发送到打印机、输出或发送到服务机构125
4.8 在Cura中为3D打印盒子做好准备125
4.8.1 在Cura中打开Box.stl127
4.8.2 在Cura中创建支撑129
4.8.3 在Cura中更改尺寸和朝向129
4.8.4 在Cura中生成G代码131
4.9 在MatterControl中为3D打印盒子做好准备131
4.9.1 载入Box.stl文件到MatterControl132
4.9.2 在MatterControl中重设尺寸和安排模型133
4.9.3 生成支撑133
4.9.4 在MatterControl中生成G代码133
4.9.5 从MatterControl中连接一台3D打印机直接打印134
4.10 在Slic3r中为3D打印盒子做好准备134
4.10.1 添加Box.stl文件到Slic3r135
4.10.2 使用Slic3r在打印床上缩放和排列文件135
4.10.3 创建支撑材料136
4.10.4 在Slic3r中生成G代码136
4.11 使用Netfabb修正网格错误136
4.11.1 载入盒子文件到Netfabb中137
4.11.2 使用Netfabb修正网格错误137
4.11.3 为你的3D打印机配置Netfabb138
4.12 小结139
第5章 简单形状的创新应用140
5.1 从基本形状开始141
5.1.1 字母、数字、符号和附加形状141
5.1.2 附加形状153
5.1.3 孔类形状154
5.2 形状生成器154
5.2.1 文本生成器155
5.2.2 Voronoi形状生成器156
5.2.3 图像浮雕生成器158
5.2.4 拉伸生成器159
5.2.5 环形生成器160
5.3 创建自己的形状生成器161
5.3.1 收藏夹162
5.3.2 Tinkerplay1
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