總序一

中國制造2025提出通過三個十年的三步走戰(zhàn)略，使中國制造綜合實力進入世界強國前列。近三十年來，3D打�。ㄔ霾闹圃欤┘夹g是歐美日等高端工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)、試制、定型的重要支撐技術，也是中國制造業(yè)創(chuàng)新、重點行業(yè)轉型升級的重大共性需求技術。 新的增材原理、新材料的研發(fā)、設備創(chuàng)新、標準建設、工程應用，必然引起各國產(chǎn)學研投界的高度關注。

　　3D打印是一項集機械、計算機、數(shù)控、材料等多學科于一體的，新的數(shù)字化先進制造技術，應用該技術可以成形任意復雜結構。其制造材料涵蓋了金屬、非金屬、陶瓷、復合材料和超材料等，并正在從3D打印向4D、5D打印方向發(fā)展，尺度上已實現(xiàn)8 m構件制造并向微納制造發(fā)展，制造地點也由地表制造向星際、太空制造發(fā)展。這些進展促進了現(xiàn)代設計理念的變革，而智能技術的融入又會促成新的發(fā)展。3D打印應用領域非常廣泛，在航空、航天、航海、潛海、交通裝備、生物醫(yī)療、康復產(chǎn)業(yè)、文化創(chuàng)意、創(chuàng)新教育等領域都有非常誘人的前景。中國高度重視3D打印技術及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，通過國家基金項目、攻關項目、研發(fā)計劃項目支持3D打印技術的研發(fā)推廣，經(jīng)過二十多年培養(yǎng)了一批老中青結合、具有國際化視野的科研人才，國際合作廣泛深入，國際交流碩果累累。作為中國制造2025的發(fā)展重點，3D打印在近幾年取得了蓬勃發(fā)展，圍繞重大需求形成了不同行業(yè)的示范應用。通過政策引導，在社會各界共同努力下，3D打印關鍵技術不斷突破，裝備性能顯著提升，應用領域日益拓展，技術生態(tài)和產(chǎn)業(yè)體系初步形成；涌現(xiàn)出一批具有一定競爭力的骨干企業(yè)，形成了若干產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，整個產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展局面。

　　華中科技大學出版社緊跟時代潮流，瞄準3D打印科學技術前沿，組織策劃了本套3D打印前沿技術叢書，并且，其中多部將與愛思唯爾（Elsevier）出版社一起，向全球聯(lián)合出版發(fā)行英文版。本套叢書內(nèi)容聚焦前沿、關注應用、涉獵廣泛，不同領域?qū)＜�、學者從不同視野展示學術觀點，實現(xiàn)了多學科交叉融合。本套叢書采用開放選題模式，聚焦3D打印技術前沿及其應用的多個領域，如航空航天、工藝裝備、生物醫(yī)療、創(chuàng)新設計等領域。本套叢書不僅可以成為我國有關領域?qū)＜�、學者學術交流與合作的平臺，也是我國科技人員展示研究成果的國際平臺。

　　近年來，中國高校設立了3D打印專業(yè)，高校師生、設備制造與應用的相關工程技術人員、科研工作者對3D打印的熱情與日俱增。由于3D打印技術僅有三十多年的發(fā)展歷程，該技術還有待于進一步提高。希望這套叢書能成為有關領域?qū)＜�、學者、高校師生與工程技術人員之間的紐帶，增強作者、編者與讀者之間的聯(lián)系，促進作者、讀者在應用中凝練關鍵技術問題和科學問題，在解決問題的過程中，共同推動3D打印技術的發(fā)展。

　　我樂于為本套叢書作序，感謝為本套叢書做出貢獻的作者和讀者，感謝他們對本套叢書長期的支持與關注。

西安交通大學教授

中國工程院院士

盧秉恒

2018年11月

總序二

3D打印是一種采用數(shù)字驅(qū)動方式將材料逐層堆積成形的先進制造技術。它將傳統(tǒng)的多維制造降為二維制造，突破了傳統(tǒng)制造方法的約束和限制，能將不同材料自由制造成空心結構、多孔結構、網(wǎng)格結構及功能梯度結構等，從根本上改變了設計思路，即將面向工藝制造的傳統(tǒng)設計變?yōu)槊嫦蛐阅軆?yōu)的設計。3D打印突破了傳統(tǒng)制造技術對零部件材料、形狀、尺度、功能等的制約，幾乎可制造任意復雜的結構，可覆蓋全彩色、異質(zhì)、功能梯度材料，可跨越宏觀、介觀、微觀、原子等多尺度，可整體成形甚至取消裝配。

3D打印正在各行業(yè)中發(fā)揮作用，極大地拓展了產(chǎn)品的創(chuàng)意與創(chuàng)新空間，優(yōu)化了產(chǎn)品的性能；大幅降低了產(chǎn)品的研發(fā)成本，縮短了研發(fā)周期，極大地增強了工藝實現(xiàn)能力。因此，3D打印未來將對各行業(yè)產(chǎn)生深遠的影響。為此，中國制造2025、德國工業(yè)4.0、美國增材制造路線圖，以及歐洲增材制造戰(zhàn)略等都視3D打印為未來制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的核心。

基于上述背景，華中科技大學出版社希望由我組織全國相關單位撰寫3D打印前沿技術叢書。由于3D打印是一種集機械、計算機、數(shù)控和材料等于一體的新型先進制造技術，涉及學科眾多，因此，為了確保叢書的質(zhì)量和前沿性，特聘請盧秉恒、王華明、聶祚仁等院士作為顧問，聘請3D打印領域的著名專家作為編審委員會委員。

各單位相關專家經(jīng)過近三年的辛勤努力，即將完成20余部3D打印相關學術著作的撰寫工作，其中已有2部獲得國家科學技術學術著作出版基金資助，多部將與愛思唯爾（Elsevier）聯(lián)合出版英文版。

本叢書內(nèi)容覆蓋了3D打印的設計、軟件、材料、工藝、裝備及應用等全流程，集中反映了3D打印領域的新研究和應用成果，可作為學校、科研院所、企業(yè)等單位有關人員的參考書，也可作為研究生、本科生、高職高專生等的參考教材。

由于本叢書的撰寫單位多、涉及學科廣，是一個新嘗試，因此疏漏和缺陷在所難免，殷切期望同行專家和讀者批評與指正！

華中科技大學教授

史玉升

2018年11月

前言

3D反求技術亦稱逆向工程（reverse engineering，RE）技術。3D反求是指采用一定的反求手段或反求設備對產(chǎn)品實物或模型進行反求測量，獲得測量數(shù)據(jù)，然后在三維逆向設計軟件中重構出產(chǎn)品的三維CAD數(shù)字模型，并在此基礎上進行生產(chǎn)加工、改型或再創(chuàng)新，是一個從產(chǎn)品到三維CAD數(shù)字模型再到新產(chǎn)品的設計過程。利用3D反求技術，在消化、吸收先進技術的基礎上，設計和開發(fā)各種新產(chǎn)品，可有效縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，增強企業(yè)競爭力。

本書從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)建模三個方面對3D反求技術所涉及的各種理論與方法進行了系統(tǒng)性的闡述。第1章對3D反求的基本原理，3D反求與正向設計及3D打印的關系，3D反求的基本流程、關鍵技術及應用領域進行了概述。第2章至第7章介紹了各種先進的點云數(shù)據(jù)采集理論與方法，包括近景工業(yè)攝影測量理論與方法、三維激光掃描測量理論與方法、光柵投影式面結構光測量理論與方法等。第8章介紹了各種點云數(shù)據(jù)處理理論與方法。第9章與第10章論述了點云數(shù)據(jù)建模理論與方法。第11章圍繞人體三維快速反求、大型雕塑建模、零件修復等案例展開，介紹了3D反求技術在工業(yè)、醫(yī)學等各個領域的應用前景。

本書由西安交通大學梁晉教授和西安電子科技大學史寶全副教授編著。此外，西安交通大學的博士研究生千勃興參與了第4、5章的撰寫，博士研究生馮超參與了第8、9章的撰寫，碩士研究生梁瑜參與了第10章的撰寫，研究生魏斌、龔春園、劉世凡、趙蒙、張銘凱、牌文延等參與了校稿。本書在梁晉教授團隊多年從事光學三維非接觸式測量技術研究與應用的基礎上撰寫而成，課題組多位博士和碩士研究生參與了相關工作，相關研究也得到國家自然科學基金（項目編號：51675404、51421004、51405363）的資助，在此表示衷心的感謝。此外，為了使本書內(nèi)容盡量全面覆蓋3D反求技術所涉及的各種理論與方法，在撰寫過程中也借鑒了國內(nèi)外同行在3D反求理論與技術方面的研究成果，在此一并致謝。后，感謝華中科技大學出版社對本書出版工作的鼎力支持。

由于作者水平有限，書中疏漏及不足在所難免，懇請廣大讀者批評指正，提出寶貴意見。

作者

2018.09