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3D打印:正在到来的工业革命(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载

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3D打印:正在到来的工业革命(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载

书名:3D打印:正在到来的工业革命(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语:跟随世界知名未来学家了解3D打印,展望产业趋势

作者:(英)ChristopherBarnatt克里斯多夫,赵俐译

出版社:人民邮电出版社

出版时间:2016-06-01

书籍编号:30333704

ISBN:9787115421180

正文语种:中文

字数:253480

版次:1

所属分类:互联网+-人工智能

全书内容:

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作者简介


克里斯多夫•巴内特(Christopher Barnatt)是诺丁汉大学商学院“策略与未来研究”学科的副教授,同时也是一位摄影师。他在3D打印领域是一位家喻户晓的人物,共出版过9本关于未来研究课题的著作。其中包括本书的第一版——《3D打印:下一次产业革命》,这本书已经被译成中文、日语和韩语。


除了著书,克里斯多夫还经常在媒体上露面,如BBC新闻、泰晤士报、卫报和很多广播电台。他还运营着两家网站:ExplainingTheFuture.com和ExplainingComputers.com及其相关的YouTube频道。你可以在微博twitter.com/ChrisBarnatt上关注他。

内容提要


3D打印是一种快速成型技术,它以3D数字模型为原型,通过逐层堆叠累积的方式将3D模型构建成为真实的物体。3D打印机的出现,为各行各业带来了新的发展机遇,甚至给人类的生产和生活方式带来一场彻底的革命。


本书不仅能够帮助你认识和理解3D打印,而且可以让你深入了解3D打印的可行性和潜力,从而预见其对未来世界的巨大影响。全书共分为8章。首先,作者大胆预言了3D打印将带来下一次革命;然后,循序渐进地介绍了3D打印技术,对工业和数字化制造业的影响,个人制造的发展,3D打印的可持续性以及生物打印的发展;最后,本书展望了3D打印的美好未来。


本书适合对3D打印技术感兴趣的读者阅读。无论你是企业家、设计师、投资者、技术爱好者、学生、DIY人士,或者仅仅只是对新事物好奇的读者,都可以在本书中找到你感兴趣的内容。

前言


2013年5月的第一个星期,25岁的法律系学生Cody Wilson从一把3D打印的塑料手枪中成功发射出一颗子弹。同一时间,本书的第1版上市销售。虽然这两件事完全无关,但是针对Cody行为的全球报道,很多人在谷歌或亚马逊上搜索“3D打印”。因此,该书的销量远远超出我的预期。在某种程度上,我们还要感谢Cody让这本《3D打印:正在到来的工业革命(第2版)》得以出版。


纵观历史,许多新技术都曾改变了我们的生活。尤其是蒸汽机、装配线和个人计算机都有着自己的产业转型时期。如今,互联网革命刚刚完成,网络世界的发展正呈现出温柔“进化”的趋势,而关于“增材制造”或“3D打印”的下一场革命正在伺机而动。


由于改善和加速物理技术的难度远远大于微电子发展的难度,因此3D打印革命将比互联网革命进行得更加缓慢,但迟早都会到来。事实上,当我撰写本书第1版时,人们之前预计的创新已全部实现。虽然3D打印的家庭普及仍然是一个遥远的梦想,但是18个月前的许多构想已经成为现实。


那么,我到底要说些什么呢?首先,彩色多材料3D打印的推广要感谢Stratasys开发的Objet500 Connex3。生物打印领导者Organovo在致力于研究3D打印人类肝脏组织的微小部分,以用于药物测试目的。此外,现在的桌面3D打印机除了可以使用塑料外,还能够使用金属和塑料以及碳纤维和塑料的新型复合材料。亚马逊上甚至已经开始小范围销售按需定制的3D打印产品,而SpaceX公司则成功推出了发动机部件为3D打印的火箭。2013年的圣诞节,你不仅可以在Selfridges百货公司购买到3D打印机,还能3D打印出本人的模型。


上述事物的发展不会改变世界,但是这些稳步发展的产业将继续实现之前承诺的创新。大多数创新会按时完成,有时甚至会提前。


2014年7月,我采访了Stratasys公司事务部的执行副总裁乔恩•科布。他预测5年之内,3D打印的大多数产品都将是工业模具、最终使用的组件或整个最终产品。我相信这是一个非常合理的预测。


如今,3D打印机制造的大多数产品都是原型。所以很多人仍然认为3D打印只是“快速成型技术”,并因此错过了发展新技术的重要机会。乔恩、我和其他许多3D打印先行者都坚持认为我们正处于制造革命的风口浪尖。希望你阅读完本书后,也会有同样的观点。


1939年,美国第一台用于出售的电视机在纽约世界博览会上展出。这些早期电视机都是5英寸黑白屏幕,看起来还有些失真,但售价却在200美元到600美元之间(价钱相当于一辆汽车)。随后,与会的大多数人都认为电视机永远无法成为一种时尚,谁愿意长时间盯着一块又小又闪烁的图像?


那些批判电视机的人所犯的错误在于,他们只依据新事物的早期表现就否定一项革命性技术。75年后的今天,声称3D打印只是炒作的人似乎也在犯同样的错误。第2章将会讲到,多种3D打印技术已被开发出来。这预示着下一次产业革命即将到来。


基于以上想法,希望本书有助于你理解现在和未来3D打印的可行性和潜力。不论你是企业家、设计师、投资者、技术爱好者、学生、DIY人士或只是单纯好奇于新事物的人,我都希望以下章节能为你迎接新一轮技术变革的到来而做好准备。


任何革命的初始阶段都是最令人兴奋的。参与早期革命的人都将获得最好的奖励、最丰厚的回报和最多的乐趣。3D打印革命即将开始,所有希望目睹这场盛宴的人都已经开始行动了。


Chr.stopher Barnatt


2014年11月

致谢


编写本书前,我采访了数百家3D打印企业,和这个行业中的很多人进行过对话。因此我想感谢在过去一年半的时间里所有与我深切交谈或在网上沟通的朋友们。


具体来说,我要特别感谢那些允许我直接引用言论或提供信息、图片使用权以及其他帮助和支持的人。因此,感谢加里• 安德森、米兰达•贝斯金、戴维•布伦德尔、克里斯•伯姆、阿德里安•鲍耶、苏•博尼普、里斯•考尔德、安迪•克里斯滕森、乔恩•科布、瑞秋•道尔顿-塔格特、布鲁克•德拉姆、马克•弗莱明、芭思希芭•格罗斯曼、乔•希门茨、克里•霍格斯、亚伦•赫尔姆斯、安迪•爱德、康斯坦丁•伊万诺夫、约翰•尼兰德、罗曼•基德、罗伯特•里斯卡、加里•米勒、安西•梅斯杜伦、易卜拉欣•奥兹博拉特、西拉维•普里蒙特、乔•罗奇、费斯•罗宾逊、杰西卡•罗森克兰茨、安雅•范•韦斯特、埃利奥特•怀尔斯和理查德•范•德•怀瑞。本书后面将介绍更多关于以上人员的资料和他们的公司/组织。


还要感谢菲欧娜•卡梅隆和史蒂夫•阿普克拉夫特对我的工作的长期支持,以及史蒂夫•摩尔、基兰•伍德沃德、克里斯•贝茨、海伦•巴罗、萨莉•霍普金森、维多利亚•瑞格利和罗津娜•谢赫给予我工作上的帮助。感谢特蕾西•拜提森、史蒂文•迪亚肯、萨莉•柯克、乔治•库克、西蒙娜•斯皮戴尔、肯•斯塔基、苏•坦皮斯特和凯瑟琳•维瑟在过去的几个月里对我的支持并成就了我的3D打印事业。特别要再次感谢凯瑟琳•维瑟为我检查最终文稿并且找出很多我根本没有发现的错误。


最后,感谢我的父母及好朋友马克•丹特里给予我的支持、鼓励与理解,让我最终完成了这第十本书。当我为上一本书作序时,曾经发誓在一段时间内不会再写书了。这个誓言只维持了一年半。这一次我不再做出承诺,因为我已经开始着手下一次大事件了!

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火星距离地球至少5400万公里。人类要到火星旅行是有一定难度的,而在火星与地球之间运输货物更是难以实现。然而,2014年4月美国宇航局喷气推进实验室的科学家们手中正拿着一颗名为“布洛克岛”的陨石,这是他们的机遇号火星车2009年在火星表面发现的。


这一壮举的实现过程是这样的:先由火星车经过精确测量和拍摄全景图片,再把这些数据传输到地球,转换成计算机模型,最后利用3D打印机制成固体实物。这个塑料复制品看起来与原始陨石一模一样,但是它更轻,并且不用真正从火星拿回来。如图1.1所示,这件3D打印的陨石仿佛真是穿越了外太空而来。


以上是3D打印的一项突破性应用。在过去的一年里,3D打印机已经制造出功能性火箭发动机零部件、阅读眼镜、图特卡蒙陵墓的全尺寸复制品,以及10间可居住的房屋。新闻几乎每天都在报道3D打印革命的强劲势头,它的技术已经越来越多地应用于主流企业或更广泛的文化领域。


本书将带领你进入快速发展的3D打印世界。以下章节会详细介绍各项3D打印技术和3D打印领域的先驱者。同时,我们还将看到许多制造3D打印产品的优秀企业,产品范围从珠宝到航空航天组件,从玩具到医疗器械。正如我们所看到的,3D打印已经可以使用不同的塑料、金属和陶瓷作为打印材料。而这才仅仅是开始。


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图1.1 3D打印的“布洛克岛”火星陨石 图片来源:NASA


1.1 3D打印技术


你一定很好奇,神奇的3D打印技术到底是如何工作的?从广义上来说,这个过程不外乎是目前办公室和家庭中普遍使用的2D打印技术逻辑上的演变。


许多人都非常熟悉能打印常见文档或照片的喷墨打印机或激光打印机。打印机靠控制墨水或墨粉,在纸张表面生成文字或图像。3D打印机采用类似的方法,通过逐层控制“建筑材料”在3D空间的位置和黏合力来制造物体。


要用3D技术打印一个物体,首先电脑里应存在一个数字模型。这或许需要通过使用计算机辅助设计(CAD)或其他用于制作3D模型的软件来手工完成。此外,还可以通过3D扫描仪扫描一个真实物体来得到数字模型,或者通过先扫描一个物体再用软件工具进行调整而得到。第5章将介绍快速发展的台式和手持式3D扫描仪,入门级型号的售价只有几百美元。


无论数字模型是用什么方式建成的,一旦准备将它制造出来,计算机中的某些“切片软件”就会把它分成许多一毫米厚的薄层。这些以物体形式存在的薄层会被发送到3D打印机中打印出来,它们从下至上一层一层堆叠,直至形成一个完整的3D物体。3D打印机如何精准地一次输出一个薄层,靠的是一种特殊技术。第2章我们将会看到,现在已经有很多种切实可行的3D打印技术。可以这样说,几乎所有技术都基于四种基本方法。


第一种,3D打印机通过挤压打印喷头来形成铸件或半液体材料。最常见的方法是挤出熔融的热塑性塑料,当它离开打印喷头的时候迅速凝固成型。其他基于挤压的3D打印方法有输出熔化的金属或挤压巧克力、奶酪、蛋糕糖霜(糖粉)来形成3D作品。甚至有一些可以挤出混凝土或陶土的3D打印机。


第二种,3D打印机通过使一种不常见的被称作“感光性树脂”的液体变成固体从而形成物体层,这种液体暴露于激光或其他光源中时会变硬。一些有光聚功能的3D打印机在液体罐中使其形成物体层。有些3D打印机喷射出一个单独的树脂层,然后在下一层被打印出来之前利用紫外线光使之形成固态。一些基于后者打印技术的3D打印机可以同时混合多种不同的感光树脂,所以这些打印机可以打印一件由不同材质组成的物体。例如,3D打印机的行业领导者Stratasys生产了一款名为Objet500 Connex3的最新打印机,它可以使用“胶质”或“数字ABS”等不同材料制造出彩色模型。图1.2所示为这台打印机的外观。


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图1.2 Stratasys生产的Objet500 Connex3 图片来源:Stratasys


第三种,3D打印硬件通过逐层黏合一种不常见的精细粉末来制作模型。这种“粉末的黏合”或“颗粒状材料的黏合”既能够通过在每一粉末层上喷射黏合剂来实现,又可以通过激光或其他热源来熔化粉末颗粒而形成。粉末颗粒被熔化后,再熔融成粉末状材料沉积到构建表面。可用于3D打印的颗粒状材料的范围十分广泛,包括尼龙、生物塑料、陶瓷、蜡、青铜、不锈钢、钴铬合金和钛合金。


最后一种是基于层叠制造的3D打印机,先使用刀片或激光层叠切割纸张、金属或塑料,再黏合成固态物体。还可以在打印过程中使用多种油墨,制造出低成本、全彩的3D打印物品。


1.2 市场和应用


3D打印已经用于快速成型、模具生产和其他产业工具、最终产品的直接数字化制造以及个人制造等领域。也就是说,3D打印行业内的硬件、软件和材料供应商正在满足着这四种不同市场的需求。要想真正体会到3D打印革命的强大推动力,让我们先来了解一下3D打印所应用的这四种不同领域。


1.2.1 快速成型


目前,3D打印最常用于生产快速成型(RP),3D打印机可以制造概念模型和功能原型。概念模型通常指基本的非功能性新型产品设计模型(例如洗发水瓶顶部不可拆卸的部分),并旨在让设计师以实体形式交流想法。与此相反,功能原型则更加复杂,它要在提交生产之前准确评估每

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