用Scratch理解3D打印技术

陈新龙

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，属于快速成形技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术（积层造形法）。观察3D打印机，不难发现它与传统打印机最大的区别在于使用的“墨水”是实实在在的原材料，塑料、金属、陶瓷、橡胶等材料都可以，有些3D打印机还可以接合不同的介质，通过不同的堆叠薄层方式打印出一头坚硬一头柔软的物体。

今天我们通过Scratch程序模仿来理解3D打印的原理与过程。首先选择我们需要打印的图形（默认的小猫）。此外还可以对创建的角色进行修饰，比如给小猫添加“鱼眼”特效。所谓鱼眼特效就是将图片中心进行扩大，看起来像是通过猫眼看到的图像。魚眼特效的默认值为0，随着数值增大，图形中间会凸出放大，随着数值减小，图形中间会凹陷缩小，你可以设定负值看看数值缩小后有什么变化（图1）。

另外还要在角色库中寻找一个魔法棒，用来替代现实3D打印中的激光扫描仪。将魔法棒造型的中心点调整为棒的顶端（图2）。

3D打印的方式是逐层扫描，而魔法棒造型很难表达扫描的位置点，所以还要创建一个小圆点依附在魔法棒的顶端，目的是为了让魔法棒跟随着小圆点一起移动实现逐层扫描的效果（图3）。

3D扫描的过程是从左到右、从下到上。先让小圆点移动到角色左下角的位置，确定好需要扫描的范围（确保扫描的范围能够让小猫的全身上下都被扫描到，两个扫描的范围分别代表两层循环，外循环代表了高度范围，内循环代表了宽度范围），内循环扫描移动的步数为1，在扫描的过程中如果接触了扫描的物体，记录下点的位置（打印点X，打印点Y）（图4）。

通过广播的方式将打印点在原扫描物体的右侧输出一模一样的点，位置左移150即可（打印点X+150，打印点Y），横向扫描一排后将Y坐标增加1实现纵向扫描。需要注意扫描高度之前，将X横坐标调整成初始值（图5）。

扫描结束后便可以得到一个Scratch版平面3D打印图形了，扫描绘制的过程中画笔的颜色、粗细、大小都可以根据自己的喜好来设定，尤其要注意抬笔和落笔的控制。

通过Scratch我们模拟了3D打印技术的工作原理，期待下次能给大家带来更多的惊喜。