用Scratch理解3D打印技術(shù)

陳新龍

3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，屬于快速成形技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)（積層造形法）。觀察3D打印機(jī)，不難發(fā)現(xiàn)它與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于使用的“墨水”是實(shí)實(shí)在在的原材料，塑料、金屬、陶瓷、橡膠等材料都可以，有些3D打印機(jī)還可以接合不同的介質(zhì)，通過不同的堆疊薄層方式打印出一頭堅(jiān)硬一頭柔軟的物體。

今天我們通過Scratch程序模仿來理解3D打印的原理與過程。首先選擇我們需要打印的圖形（默認(rèn)的小貓）。此外還可以對(duì)創(chuàng)建的角色進(jìn)行修飾，比如給小貓?zhí)砑印棒~眼”特效。所謂魚眼特效就是將圖片中心進(jìn)行擴(kuò)大，看起來像是通過貓眼看到的圖像。魚眼特效的默認(rèn)值為0，隨著數(shù)值增大，圖形中間會(huì)凸出放大，隨著數(shù)值減小，圖形中間會(huì)凹陷縮小，你可以設(shè)定負(fù)值看看數(shù)值縮小后有什么變化（圖1）。

另外還要在角色庫(kù)中尋找一個(gè)魔法棒，用來替代現(xiàn)實(shí)3D打印中的激光掃描儀。將魔法棒造型的中心點(diǎn)調(diào)整為棒的頂端（圖2）。

3D打印的方式是逐層掃描，而魔法棒造型很難表達(dá)掃描的位置點(diǎn)，所以還要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)小圓點(diǎn)依附在魔法棒的頂端，目的是為了讓魔法棒跟隨著小圓點(diǎn)一起移動(dòng)實(shí)現(xiàn)逐層掃描的效果（圖3）。

3D掃描的過程是從左到右、從下到上。先讓小圓點(diǎn)移動(dòng)到角色左下角的位置，確定好需要掃描的范圍（確保掃描的范圍能夠讓小貓的全身上下都被掃描到，兩個(gè)掃描的范圍分別代表兩層循環(huán)，外循環(huán)代表了高度范圍，內(nèi)循環(huán)代表了寬度范圍），內(nèi)循環(huán)掃描移動(dòng)的步數(shù)為1，在掃描的過程中如果接觸了掃描的物體，記錄下點(diǎn)的位置（打印點(diǎn)X，打印點(diǎn)Y）（圖4）。

通過廣播的方式將打印點(diǎn)在原掃描物體的右側(cè)輸出一模一樣的點(diǎn)，位置左移150即可（打印點(diǎn)X+150，打印點(diǎn)Y），橫向掃描一排后將Y坐標(biāo)增加1實(shí)現(xiàn)縱向掃描。需要注意掃描高度之前，將X橫坐標(biāo)調(diào)整成初始值（圖5）。

掃描結(jié)束后便可以得到一個(gè)Scratch版平面3D打印圖形了，掃描繪制的過程中畫筆的顏色、粗細(xì)、大小都可以根據(jù)自己的喜好來設(shè)定，尤其要注意抬筆和落筆的控制。

通過Scratch我們模擬了3D打印技術(shù)的工作原理，期待下次能給大家?guī)砀嗟捏@喜。