作者：吴怀宇
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
3D打印：三维智能数字化创造试读：
前言
开始就被吸引，爱不释手，在此强烈推荐。你们不会失望的。3D打印早已从理论变为现实。3D打印机近几年变得越来越便宜，1000美元就能买到一台三维桌面打印机。微软推出的Windows 8.1操作系统也开始支持3D打印，其操作简单，能和打印文本一样轻松实现3D打印。另一方面，除了日常物品，在高端商业物品和部件制造领域，比如燃气轮机，3D打印技术也都在发生日新月异的进展，而且很有可能在不远的将来为了医疗目的对人类器官进行生物打印。
尽管3D打印技术有了长足发展，但仍有很多需要改进和完善的地方，期待着我们去创新，去发现商机。我们可从3个层次考虑：打印技术、内容创造和生态系统。
·打印技术：从设备角度来看，目前，3D打印是一个添加式制造过程，而传统制造是一个削减式生产过程，能否将两者整合？在材料上，目前还基本停留在“黑白”，什么时候能打印出栩栩如生的物件？从软件支持方面，能否在保质的基础上自动编辑打印内容以减少耗材？
·内容创造：没有丰富的、吸引人的、有用的3D数字化产品，3D打印不可能产生巨大的消费市场，也就不可能推动全球第三次工业革命。要想使产品设计大众化，离不开一个简单易用的三维数字化设计软件。能否用类似Kinect的传感器，开发一种自然用户界面（NUI），让用户像创作雕塑一样在数字空间里自然直观地设计产品？能否轻松地将现实世界的物体转换成数字模型？如何在现实物体上增加虚拟成分？这些都有赖于计算机图形学、计算机视觉、模式识别、机器学习等交叉学科的知识，而本书也通俗易懂地介绍了这些技术。
·生态系统：一个新兴行业的生态系统需要精心呵护，既不能扼杀创客们的热情和创造性，也不能完全放任自由。随着越来越多的创新产品和个人信息数字化及商业行为云端化，如何保护知识产权？如何保护信息安全？如何保护隐私？……这里既需要政策的支持，也需要研究和创新，还有很多的商业机遇。
本书讲3D打印，不光对3D打印机的原理和结构有一个系统的描述，更强调三维智能数字化技术对推动全球第三次工业革命的核心作用。只要我们抓住机遇，转换思维，从传统制造的束缚中解放出来，学习、研究并牢牢掌握三维智能数字化的核心技术，发挥我们的想象力和创造力，在多学科的碰撞中产生灵感和火花，我们一定能超越“中国制造”的成就，创造出更大的“中国智造”的辉煌。张正友微软研究院首席研究员，研究经理国际电气电子工程师学会院士（IEEE Fellow）美国计算机协会院士（ACM Fellow）推荐序四
3D printing is an emerging technology that has attracted much attention in recent years．The profound applications of this technology are likely to revolutionize many aspects of our life, ranging from rapid manufacturing, mass customization to health care devices．As discussed and demonstrated by the author, it is likely to make the third wave of industrial revolution.
The timely topics covered in this book provide an excellent introduction of topics related to 3D printing and the involved techniques．The author first gives a thorough review of the latest development of 3D printing and draw connections to the future of manufacturing in China．All the important techniques in 3D printing are then discussed and explained in the following chapters．In particular, the author uses 3D photography as an example to discuss it relevance to 3D printing．In addition, the author explains several computer vision algorithms on how to recover 3D model from images．The future of 3D printing is then discussed with numerous examples to motivate research problems for readers to ponder．For completeness, the author also discusses the underlying mathematics and algorithms related to 3D reconstruction.
In summary, this book provides an excellent introduction of the emerging and important topics of 3D printing．The discussed material not only cover topics of great interest to all readers but also algorithms for practitioners in computer vision．I highly recommend this book to readers interested in 3D printing or computer vision.Ming-Hsuan YangAssociate ProfessorElectrical Engineeringand Computer ScienceUniversity of California atMerced, USA杨明玄美国加州大学终身教授IEEE Transactions onPAMI、IJCV副主编，ICCV/CVPR/AAAI领域主席推荐序五
3D Printing, proclaimed by some as a symbol for the third industrial revolution, has been a very hot topic in recent years．While there are literally over one thousand books about 3D printing that are currently available for sale on Amazon.com, what sets this book apart, I believe, is its comprehensiveness．It covers a broad range of topics from 3D printing principles, hardware, digitization/modeling, to practices．In particular, it emphasizes the software aspect of 3D printing, which is 3D digitalization and modeling．There is no 3D printer that can produce a 3D object without a digital 3D model．This software, i.e., modeling, aspect is somehow overlooked by many 3D printing literatures．I am very happy to see a book that gives a comprehensive and balance treatment of all aspects involved in the 3D printing pipeline.
This book is well suited for both beginners and intermediate practitioners．Beginners can learn the basic principles of 3D printing involving both hardware and software．For intermediate practitioners, who already know the basics, this book provides an under-the-hood view of 3D printing hardware and modeling software．In this regard, this book is particularly useful for innovators who want to develop the next kill-app for 3D printing．The various modeling tools and optimization algorithms introduced in this book are the building blocks for 3D printing applications, such as 3D photography, which is used as the driving example.
The author of this book, Dr．Wu, is an expert in 3D modeling and its applications to 3D printing．The writing style is easy to follow, with many examples and references to related literatures．It is a joy for me to read this book．I highly recommend this book for anyone who is interested in learning 3D printing and applications.Ruigang YangAssociate Professor,University of Kentucky
3D打印被称为是第三次工业革命的象征。它一直是近年来非常热门的话题。目前在Amazon.com有很多有关3D打印的书籍。本书的最大特点，我认为，是它的全面性。它涵盖了3D打印的全部过程，从打印原理、硬件、数字化造型，到以3D照相为例子的实践，特别的是它对三维数字化建模软件的强调。三维数字模型是任何3D打印的源泉，没有数字模型的3D打印只能是缘木求鱼。3D打印硬件对建模软件的依赖性是被市面上很多3D打印书籍或多或少忽视的一个问题，我很高兴地看到本书对3D打印的整个流程给出了一个全面、平衡的阐述。
本书非常适合初学者和中级从业人员。初学者可以全面地学习3D打印的基本原理，其中包括硬件的和软件的。对于已了解基本知识的中级从业者，本书提供了对3D打印硬件和数字化建模软件的深入分析。在这方面，本书对开发应用程序的3D打印创新者特别有用。另外，本书对各种建模工具和优化算法进行了详细的介绍和分析，这些是开发新的3D打印应用的必备知识。
本书的作者，吴博士，是在三维数字化建模及其在3D打印上应用的专家。他的文风深入浅出、通俗易懂。书中有很多示例并详细列出了大量相关参考文献。我强烈地向任何有兴趣学习3D打印及其应用的人士推荐本书。杨睿刚美国肯塔基大学终身教授推荐序六
计算机发展到今天，其最成功的应用集中在信息的处理、储存和传递。这些应用极大地改变了人们的生活。然而，随着计算机功能的逐步增强和计算技术的进一步发展，越来越多的应用已经不局限于从信息到信息，而是将信息用于改变客观世界以及人与客观世界的交互。3D打印就是这样的技术。这样的技术无疑将会对我们的生活产生更大的影响。
3D打印一反传统的切削去除材料加工方法，采用增材制造技术，可以加工出任意复杂形状的物体。这项技术经过30年的发展，从材料的性能到加工的精度都有了很大的改进。另一方面，人工智能的研究经过几十年的波折，终于有了新的突破，给3D打印提供了强有力的软件支持。正是这两方面的发展汇聚在一起才使得人们相信一个全新的设计和制造方式正在形成，并将彻底地改变现有的工业结构。
要想弄懂3D打印的过程并有效地解决实际问题需要掌握硬件和软件两方面的知识，而软件方面所涉及的范围则尤其广泛。吴怀宇博士的这本书的独到之处是综合了这两方面的知识并且用通俗易懂的语言解释出来。这正是当前大多数想要了解这个新兴领域的读者所需要的。作者抓住了“三维智能数字化”这个关键的要素，详细地介绍了基于当前最新研究成果所提供的工具。书中既有概念和算法的描述，又有编程和软件的指导，还有关于具体操作的问题解答。
三维智能数字化的核心目标是为客观世界的物体建立计算模型。这样的模型为3D打印提供了理想的工具。近年来这个处于计算机视觉、计算机图形学和模式识别交叉处的学科取得了令人兴奋的成果，也吸引了一大批有才华的研究人员。吴怀宇博士在这个领域做了广泛的工作并取得了出色的成绩。本书体现了他对这个学科的深入理解。
如果你想了解3D打印并自己动手制作模型，或者你想进一步学习3D算法和相关的数学方法，就请阅读本书吧！Shu Chang（舒畅）Senior Research Scientist（资深科学家）National Research Council of Canada（加拿大国家研究委员会）前言《诗经·小雅·鹤鸣》有云：“它山之石，可以攻玉”。本书取名《3D打印：三维智能数字化创造》，灵感源自于笔者发表在《光明日报》上的一篇3D打印综述文章的标题《3D打印：智能数字化》。其实笔者最初提交的是一个又长又绕口的题目，非常感谢《光明日报》的编辑以金刚钻般的犀利进行了打磨，使3D打印的本质顿时“彰明较著”，也让我那篇文章的条理和纹路立刻清晰了许多！所以本书也受此启发，起了一个相似的名字。
相信大多数读者在拿起这本书的时候，对3D打印或多或少已有耳闻。确实，自从《经济学人》、《福布斯》、《纽约时报》等欧美主流媒体声称3D打印将引发第三次工业革命开始，全世界各类媒体都对3D打印做了大量的跟踪报道。那么，为什么欧美这么看好3D打印？3D打印又为什么会引发一场新工业革命？3D打印不是30年前就有了吗？那时只是一种快速成型工具而已，难道一种“新瓶装旧酒”的工具就会引发一场全球范围内的工业变革？这场变革与我们中国的制造业会有关联吗？此外，媒体上经常报道国外“创客”通过3D打印机造出了创意新奇的作品，可当我们也深受鼓舞买回一台，却会发现3D打印远没有2D打印轻松，其中最头疼的事情莫过于要设计和处理所谓的3D数字化模型了。那么，3D数字化和3D打印到底是什么关系？我们又该如何轻松应对呢？
以上这些最基本的问题，实际上已经引出了多个主题，归纳一下：有3D打印、3D智能数字化、创客、中国智造、全球第三次工业革命这5个关键词，而且都互有关联。忽略掉其中任何一个，都无法完整地回答读者的上述诸多问题。这是摆在本书面前的一个艰巨的任务。倘若选择性忽略，只讨论其中的某一个或几个方面，则3D打印机与一般人眼中的2D打印机或一台普通机床又有什么差别呢？3D打印无须模具就可加工任意复杂的中空形状，用户也无须掌握各种复杂的制造工艺和加工技能，这样大幅降低了制造业的技术门槛。3D打印的巨大威力虽然源于技术，但其产生的重要影响力却又远超于此。
依我看来，欧美现在之所以看好3D打印，主要是希望将制造业回流到欧美，而不是继续转移到中国和印度。2007年爆发的全球金融危机，根源在于美国重视房地产、金融、消费等第三产业的发展而将大量的制造业外包给了其他国家，导致自身产业空心化问题日益严重。3D打印这种快速成型制造技术最近几年的突然火爆，有一个重要原因和转折点，那就是2008年创客们发布了第一款完全开源的个人3D打印机RepRap，并把机械设计图纸、电路图纸、智能控制代码无偿放到了网上供人免费下载。几年下来，原本极其昂贵（几十万元起价）的3D打印机降到现在几千元即可买到，变得大众化，由此掀起了“个人智造”、“家庭智造”、“网络社区智造”的热潮。欧美正是希望借创客运动和“全民智造”的东风，激发国民的创造精神，上下齐心来实现这次战略大转移。2014年1月，3D打印的激光金属烧结技术也将因专利到期而开源，这将为3D打印的发展注入更大活力。
与此同时，我国政府也非常渴望将原本处于产业链低端的“中国制造”转型为“中国智造”，从加工组装环节升级到上游的设计研发环节。“中国智造”的核心在于智能化和数字化（简称“智能数字化”），不仅要建立数字化工厂提高各种设计制造工艺的精度和效率，同时要使生产系统向着具有感知、决策、执行能力的智能化系统发展，以做大做强“高端制造”。“中国智造”在3D打印产业上的竞争力可以通过发展3D智能数字化来提升。实际上，“当今世界是平的”，在经济全球化的背景下，中国制造业的深度发展离不开全球市场化布局。因此，“中国制造”向“中国智造”转型升级历程，实际上也是共同推动和实现“全球第三次工业革命”的过程，并将在其中扮演越来越重要的角色。
具体来说，第三次工业革命是以智能数字化制造及新型材料应用为代表的一个崭新的时代，具体特点可描述为：智能数字化、分布式网络化、个性定制化、绿色可持续化，典型特征为“智能数字化”。3D打印、智能数字化、新材料以及机器人技术的发展，将极大地改变制造业原有的投入模式，使得依靠较少的自然资源和人力资源投入，就能取得良好的经济效益，并将远离产品千篇一律的大规模制造模式，向更具个性化的定制规模发展。
以上就是全书的基本思路和逻辑线索。下面，具体介绍一下本书的主要内容。
本书首先从产业经济的宏观视角对3D打印的发展现状和未来进行了详尽的讨论。为了能使读者对3D打印、3D智能数字化、创客、中国智造、全球第三次工业革命之间的内在紧密关联有比较深入的理解，我们对这五者的相互作用和关系进行剖析。
3D打印将虚拟的智能数字化技术与实实在在的工业产品桥接在一起，跨越了虚拟的比特世界和实体的原子世界之间的鸿沟。为了让读者对3D打印有透彻的了解，我们从专业技术的角度对3D打印的原理结构、成型工艺和实际操作进行了详细介绍，包括对10多种典型的成型工艺进行优劣分析和比较，乃至手把手地、从无到有地组装一台3D打印机，以便让大家看得清清楚楚、明明白白。本书对每一个操作步骤都进行了图文并茂的详细描述，包括实际运作一家3D照相馆的所有技术细节。
3D智能数字化是3D打印的“孪生兄弟”，通过利用计算机来智能化地设计或获取一个3D数字化模型，以便输出到3D打印机。这是本书要讨论的重点所在：为了让用户“所想即所得”地进行数字化创造，计算机需要知道如何更好地生成形状，即能够智能地理解用户的意图。
我们可以使用智能数字化设计软件，从无到有地设计3D数字化产品。最普通的方法是采用传统的建模工具进行实体建模和曲面建模。而手工建模是一件比较烦琐、费时的工作，研究人员于是推出了参数化建模、直接建模工具来减轻设计负担。更加智能化的是编程式设计，计算机把形状的设计过程描述成一系列有特定顺序的操作步骤，有点像按照食谱而不是最终的外观来制作蛋糕。编程式智能设计可以轻易地在这个蛋糕上绘制几百万个规则的精美图案，而这对于手工设计来说犹如噩梦。
为了生成更加丰富多变的个性图案，还可采用复杂的生长式智能系统，即所谓的过程建模。智能化达到一定层次后，更可让设计的形状根据未知环境实时调整，适应各种物理和美学约束条件。比如，基于算法的智能设计软件能够根据物理环境（如在月球上）调整建筑结构的空间形状，以此来动态获得一个最优的设计形状，从而使建筑结构更加稳定。
当然，并非人人都有能力自己设计3D形状，因此3D智能数字化的另外一种方法就是3D扫描（俗称3D照相），基于计算机视觉、计算机图形学、模式识别与智能系统、光机电一体化控制等技术对现实存在的3D物体进行扫描采集，以获得逼真的数字化重建。在获得数字化模型之后，通常还需要进行个性化编辑定制。特别是对于“大批量定制”，如为一万名用户打印定制个性化的眼镜、服装、帽子、鞋子，则需应用智能化数字技术，如采用视觉计算方法，利用摄像头自动采集、分析提取每位用户的体貌个性特征，进行匹配和定位，并自动根据视觉美感进行形状设计、颜色肤色搭配等，可极大地缩减定制周期。
以开办一家3D照相馆为例，这是3D智能数字化的典型案例。首先需要对人体进行3D扫描或根据多视角照片进行立体重建，然后利用数字几何处理的方法对缺失和噪声数据进行修补，并拼接得到一个完整的3D模型。其中头发的快速修复就是一个值得研究的课题，涉及视觉计算技术。此外，用户很可能还希望对3D人体形状或表情进行美化、编辑、修改、迁移等，这涉及图形图像、模式识别、机器学习等多个领域。在输出打印前，还涉及形状的自平衡处理、形状分析以提高表现力、大尺寸形状的自动分块、形状优化生成轻质结构以节省耗材、利用增强现实预览融入环境的效果等。
当3D数字化模型变得跟目前的MP3歌曲一样普及甚至泛滥时，又会遇到如何快速检索的难题。不像MP3那样可以通过歌名与歌手名这些结构化的文本信息来定位，3D模型的检索要复杂得多，涉及非结构化数据的特征提取、相似度度量以及分类算法的设计。更让人头疼的是，在这个大数据时代，我们将被信息的海洋淹没而变得迷失，以至于都不知道每天应该挑选哪些3D模型打印出来。这时，通过对大数据的挖掘，个性化推荐系统可以对你的个性偏好进行分析，把你可能会感兴趣的3D模型推荐给你。其中，深度学习这种模拟人类大脑进行智能分析学习的方法，将获得越来越广泛的应用。
通过智能感知设备，3D打印机还可控制制造的行为，对打印的过程进行实时监控，然后根据反馈信息随时做出调整。也就是说，这台3D打印机具有学习和控制的能力。将来，通过把人工智能从计算机拓展到现实世界，还可打印具备感知和学习能力的智能物品。此时，3D打印机就是新一代智能机器人，它们能设计、制造、修理、回收其他机器，甚至能够改进和升级机器自身，达到“机器制造机器”的新境界。
可以说，3D智能数字化技术是3D打印实现“规模定制”的基础和关键所在。因此，本书详细讨论了上面提到的各种3D智能数字化理论及其实现方法（如MVS、SVM、AAM、AdaBoost、粒子滤波、Mean Shift、Visual Hull、深度学习），涉及3D计算机图形学、计算机视觉、模式识别、机器学习。我们面向3D打印和3D数字化行业人士，将这些非常专业化的智能算法理论以通俗易懂的方式娓娓道来，这也是本书的一大特色。“创客”不仅创造了个人3D打印机，同时也是第三次工业革命的启蒙者。这是任何一本3D打印书籍都绕不开的话题，因此，我们详细介绍了创客，并专门开设一章介绍四轴飞行器的DIY制作，以实例的方式讲解创客们喜爱做的东西，将3D打印、智能数字化技术这些先进的工具融入到创客实践当中。
综上，本书是一本以最新视角阐述新工业经济发展趋势、详细讲解3D打印与3D智能数字化技术原理方法、手把手实战型教学的综合类技术书籍，因此无论对于国内还是国外的广大3D打印爱好者、学术圈、工业界、政府产业经济决策层均具有重要的参考价值。
另外，本书提供丰富的网络资源下载，其中的内容包括：Ultimaker原理图纸、3D模型头发修复视频教程、四轴飞行器完整资料。如有需要，读者可在www.broadview.com.cn/22063（博文视点官网）和http://www.sigvc.org/why/book/（作者主页）下载。
凭一己之力是无法完成本书的，在此要衷心感谢多年来一直关心和支持我的师长、朋友、同事和学生。本书在写作过程中得到了汪凌峰博士、王颖博士、刘利刚教授、吴毅红研究员、邓小明副研究员、汪国平教授、唐俊副教授、王俊、王润元、张华、隋伟、赵松、沙金正、李成华、吴挺的帮助和支持。此外，参与编写工作的还有李青、王博洋、刘庆芳、刘孟起、吴炳根、丁根秀、文桂绣、魏淑芹、张云铎、国霁、曾杨圆、彭锋、文雨虹、殷海东。感谢电子工业出版社各位老师的辛勤工作，最后特别感谢永远关爱着我的家人。
本书的编写工作得到了国家自然科学基金（No.61272049）、北京市自然科学基金（No.4132075）的资助。
由于作者水平有限，书中难免存在纰漏，欢迎广大读者批评指正。在阅读过程中，如果发现问题，请发送E-Mail电子邮件告知，以便今后再版时加以修正。吴怀宇中国科学院E-Mail：huaiyuwu@gmail.com主页网址：http://www.sigvc.org/people.htm#why于北京中关村第1章3D打印与“全球第三次工业革命”《老子》（六十四章）有云：“合抱之木，生于毫末；九层之台，起于累土。”以两千年前思想大家老子的这句话作为全书的开篇，应是再合适不过了。首先，它几乎准确地“预言”了3D打印的过程：从“毫”米级（如标准的1.75mm、3.0mm）的细丝或更细的粉“末”开始，通过逐层“累”积的方式，制造出3D物体。其次，以3D打印机这么小小的一台机器，谁又能想到它竟被英国著名经济学杂志《经济学人》声称将引发史诗般宏大的全球第三次工业革命呢？通过老子的这句深含哲理的话，我们可以领悟到：不要小看了事物的毫末之始，新工业革命的“九层之台”正由它而立起！
在本章中，我们从3D打印“神话般”的造物体验说起，也对目前社会上关于3D打印的一些质疑进行了探讨。实际上，如果只把眼光局限于3D打印目前的产能，让它与大规模流水线上的“大块头”工业机器们比速度、比谁的力气大、比谁干的活儿多，就着实“大材小用”了。3D打印与智能数字化是一对孪生兄弟，如果没有了智能数字化这个兄弟，3D打印也确实只能去拼力气、比活儿多了。而当有了智能数字化，结合创客们的创新精神，“中国制造”必将抓住“中国智造”的历史机遇，给中华文明谱写崭新的篇章。1.13D打印：体验造物奇迹
近年来，我们经常能听到“3D”这个名词，且往往跟高科技联系在一起，如3D显示、3D电影、3D扫描、3D打印等。按理说，人类每天就生活在三维空间中，3D对我们来说本应是一个再寻常不过的概念。3D之所以被认为是“高科技”，很大程度上归因于我们通过高科技的数字化手段，使得客观世界中的3D实体能够在虚拟世界中得以高精度重建（3D扫描）、智能化编辑（3D设计）、真实感高清展示（3D显示），乃至重新返回至客观世界（3D打印）。就学科专业而言，3D技术横跨计算机视觉、计算机图形学、模式识别与智能系统、复杂系统与自动控制、数据挖掘与机器学习、工程材料学、光机电一体化等，是名副其实的“技术密集型”高科技。
3D打印（三维打印）是增材制造技术（AM，Additive Manufacturing）的俗称。3D打印，名为“打印”，实为“制造”，结合智能数字化，更可实现“创造”！实际上，在大量的英文文献中，3D打印（3D Printing）常被称作3D Fabrication（3D制造），这更准确地描述了3D打印的本质。
与传统的“切削去除材料”的加工技术（如3D雕刻）完全不同，3D打印以经过智能化处理后的3D数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可热熔黏合材料，通过分层加工、叠加成型的方式“逐层增加材料”来生成3D实体。由于可采用各种各样的材料（液体、粉末、塑料丝、金属、沙子、纸张，甚至巧克力、人体干细胞等），而且可以自由成型（任意复杂的中空镶嵌形状），所以3D打印机是名副其实的“万能制造机”。
图1-1是一幅关于3D打印的漫画，一个人把自己给打印了出来，相信一定会让你印象深刻。接下来，就让我们一起体验3D打印带来的造物奇迹吧！图1-1 一幅关于3D打印的漫画，一个人打印出了自己（图片来源：《经济学人》）
如图1-2所示的这些雕塑是由Bathsheba Grossman用复杂的激光烧结而成的。对于要求具有复杂的内部中空、凹陷、互锁或者有大量规则细节图案的形状加工，3D打印机是首选的制造设备。智能数字化设计（图1-2左1）可对零件进行优化，减轻重量，同时保持原有强度和其他关键性能。由于是一次成型，使产品成为一个整体，这样也减少（或免除）零部件的装配。图1-2 3D打印出的任意复杂设计形状，传统制造工艺无法加工（图片来源：Bathsheba Sculpture）
如图1-3所示，3D打印的衣服和鞋子亮相巴黎时装周。仔细查看衣服上无数精细花纹，我们可以知道：精美的手工刺绣和针线活已被智能数字化和3D打印取而代之。
在材料上，服装师们也已经有了更多、更好的选择，比如Materialise公司最新研发的TPU92A-1合成材料，可用于设计很酷的时装：这种材料拥有非常好的弹性和韧性，能够在受到高强外力的情况下快速恢复原来形状。
3D打印不仅可以用来制造独具个性的高跟鞋（图1-3右上角），还可以帮助设计师实现更多灵感。图1-3右下角的这双鞋的设计灵感来自大自然中的树根，3D打印技术能够建立错综复杂、相互交织的须状鞋跟，模仿树根在脚下扭曲和盘旋。这是其他任何一项制造技术都做不到的。图1-3 3D打印的衣服和鞋子闪耀亮相巴黎时装周（图片来源：Reuters）
耐克（Nike）“Vapor Laser Talon”跑鞋，如图1-4所示，抛弃了传统制鞋工艺，使用3D打印制造，只有158.7g（相当于3枚鸡蛋的重量），可以帮助运动员在草地赛场上“飞”起来。这款鞋子仅在7个月之内，就已经试做、试用了成百上千双，直到最终满意定型。传统工艺在如此短的时间内根本无法做到，只能通过3D打印来实现。图1-4 耐克的定制跑鞋，仅3枚鸡蛋重，让运动员找到“飞一样”的感觉（图片来源：Nike）
3D打印的OpenReflex胶片单反相机（如图1-5所示），成本相当便宜（不到200元人民币），只需要15小时的3D打印及1小时的组装就能使用了。这台相机虽然只能使用1/60s快门，却可以兼容任何镜头，可谓相当强悍，其主要部件都是用ABS材料打印的。图1-5 3D打印的胶片单反相机，成本不到200元（图片来源：Thingiverse）图1-6 沙俄大皇冠完美复制品采用3D打印珠宝钻石（图片来源：Envisiontec）
俄罗斯大皇冠是为1762年凯瑟琳的加冕礼打造的。它作为官方权力的象征，每任君王都需要戴着它。通过智能数字化扫描和设计，3D打印机已精确复制出原版皇冠，如图1-6所示。复制品采用WIC-100树脂以及14K白金打造。由于使用了3D打印机，将制造时间由预计的一年缩短到两个月，而且所达到的精准度超越了手艺人采用的常规方式。
维也纳科技大学推出的“纳米级3D打印机”可打印出纳米级的物件，让很多人惊叹的微雕作品现在就可以通过这台打印机轻松搞定。如图1-7所示，我们看到的是3D打印出的维也纳圣史蒂芬大教堂和F1赛车模型，直径不超过人类的头发丝，比一粒沙子还小。纳米级3D打印机使用液态树脂，通过激光使树脂硬化成型，此技术被称为“双光子光刻”，而且打印速度非常快，可达5m/s，创造出了一个新的世界纪录。图1-7 纳米级3D打印问世，实现微雕制作（图片来源：维也纳科技大学）
美国国家航空航天局（NASA）宇航员前往火星需要携带大量食物，3D打印机可以按照“数字菜谱”混合各种粉末，制造色香味俱全且营养可口的太空食品。食物原料从藻类、甜菜叶及昆虫等可持续资源中提取，经过脱水处理后，保质期可延至30年左右。这个计划很快就会得以实现，不信？请看看目前3D打印机所打印出来的各种饼干、巧克力和糖品，如图1-8所示，诱人否？图1-8 3D打印机所打印出来的各种饼干、巧克力和糖品（图片来源：Evil Mad Scientist Lab）
荷兰建筑师Janjaap Ruijssenaars所主导的3D打印项目如图1-9所示，这将是全球首个3D打印的大型建筑物。他的计划是打印6m×9m的模块框架，这些模块由沙子和无机黏结剂组成，然后使用钢纤维混凝土填充，最终的产品将是一幢二层楼。这是一个“莫比乌斯带”（Möbius band）式的建筑（它没有正反面之分，即曲面是不可定向的Non-Orientable，在上面一直走，可一次走完所有面）。由于采用了创新的3D技术进行打造，因此它将成为一座兼具延伸性和适用性的建筑。与此同时，麻省理工学院（MIT）的研究人员正在开展另一项研究，如何利用3D打印在一天之内打印出房屋主要结构，而利用传统的建筑团队则需要一个月的时间才能完成。图1-9 荷兰建筑师设计的“莫比乌斯环”建筑，将采用3D打印进行建造（图片来源：Janjaap Ruijssenaars）
如图1-10所示，美国研究人员花了4个月设计时间，3D打印出无人飞机，巡航时速可达到45英里，成本仅2，000美元。该飞机翼展约2m，所有零部件都是通过3D打印机制造出来的。经打磨喷漆处理之后，外形也非常时尚。而在5年前，光制造塑料涡扇发动机的成本就约为25万美元，还需要花上两年时间。图1-10 3D打印出的无人飞机，巡航时速45英里，成本仅2，000美元（图片来源：弗吉尼亚大学）
美国重型机车厂OCC，利用大型的商用3D打印机成功打造出一款咆哮的“中国龙”型摩托车，如图1-11所示。该车由一位中国客户定制，龙头部分由3DS Max软件设计后，输出到3D打印机一次打印成型，然后直接组装和整合到机车上就可以了，大大简化了龙头的设计和生产周期，同时也极大地降低了制造成本。劳斯莱斯，纯手工打造？可以肯定的是，手工打造以后将不再显得那么金贵。图1-11 3D打印出的一款咆哮的“中国龙”型摩托车（图片来源：OCC）
随着外科修复科技的日益发展与手术理念的日渐人性化，假肢不仅很舒适而且也可以很时尚！如图1-12所示，由于每个人的身材和喜好不同，所以需要进行完全个性化的定制。首先使用3D扫描仪取得
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]