用Scratch理解3D打印技術

陳新龍

3D打印技術出現在20世紀90年代中期，屬于快速成形技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運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造物體的技術（積層造形法）。觀察3D打印機，不難發現它與傳統打印機最大的區別在于使用的“墨水”是實實在在的原材料，塑料、金屬、陶瓷、橡膠等材料都可以，有些3D打印機還可以接合不同的介質，通過不同的堆疊薄層方式打印出一頭堅硬一頭柔軟的物體。

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（默認的小貓）。此外還可以對創建的角色進行修飾，比如給小貓添加“魚眼”特效。所謂魚眼特效就是將圖片中心進行擴大，看起來像是通過貓眼看到的圖像。魚眼特效的默認值為0，隨著數值增大，圖形中間會凸出放大，隨著數值減小，圖形中間會凹陷縮小，你可以設定負值看看數值縮小后有什么變化（圖1）。

另外還要在角色庫中尋找一個魔法棒，用來替代現實3D打印中的激光掃描儀。將魔法棒造型的中心點調整為棒的頂端（圖2）。

3D打印的方式是逐層掃描，而魔法棒造型很難表達掃描的位置點，所以還要創建一個小圓點依附在魔法棒的頂端，目的是為了讓魔法棒跟隨著小圓點一起移動實現逐層掃描的效果（圖3）。

3D掃描的過程是從左到右、從下到上。先讓小圓點移動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，兩個掃描的范圍分別代表兩層循環，外循環代表了高度范圍，內循環代表了寬度范圍），內循環掃描移動的步數為1，在掃描的過程中如果接觸了掃描的物體，記錄下點的位置（打印點X，打印點Y）（圖4）。

通過廣播的方式將打印點在原掃描物體的右側輸出一模一樣的點，位置左移150即可（打印點X+150，打印點Y），橫向掃描一排后將Y坐標增加1實現縱向掃描。需要注意掃描高度之前，將X橫坐標調整成初始值（圖5）。

掃描結束后便可以得到一個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、大小都可以根據自己的喜好來設定，尤其要注意抬筆和落筆的控制。

通過Scratch我們模擬了3D打印技術的工作原理，期待下次能給大家帶來更多的驚喜。