手繪畫3D打印書簽的制作

曾敏

摘要：該文從身邊隨手可得的書簽制作入手，介紹3D打印技術的普及和生活化。并結(jié)合實際的制作對具體的實現(xiàn)技術進行描述，介紹了利用繪圖工具設計圖案，利用3DS MAX進行三維模型建模，最后利用 3D打印設備將數(shù)字三維模型打印成實物。

關鍵詞：手繪;3D打印;3DS MAX;書簽

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）09-0199-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 背景

隨著社會的發(fā)展，3D打印技術在越來越多的領域得到了應用，但由于該技術專業(yè)性強，加之打印設備昂貴等原因，3D打印技術在生產(chǎn)中的應用已經(jīng)比較廣泛，在生活中的應用還比較有限[1]。目前各種形形色色的書簽非常漂亮，但都是商業(yè)產(chǎn)品，缺乏個性。在這個追求個性的時代，我們完全可以制作更具個性的書簽。本文就以手繪畫和3D打印的跨界聯(lián)合來完成個性書簽的制作。

2 手繪畫3D打印書簽的準備工作

制作自己喜歡的書簽，首先從設計繪制用于制作書簽的圖案開始。有條件的可以準備手繪板，直接使用電腦手繪圖案，從設計環(huán)節(jié)就實現(xiàn)數(shù)字化。用于設計繪圖的圖形軟件比較多比如Painter、Photoshop、Flash等。沒有條件的用傳統(tǒng)的鉛筆也可以設計繪制喜歡的圖案。如果沒有設計和繪畫能力，還可以在網(wǎng)上找現(xiàn)成的自己喜歡的簡筆畫圖案，如何設計繪制就不再贅述。本文的重點是從技術角度闡述圖案到書簽的實現(xiàn)過程。

3 3D打印具體實現(xiàn)過程

如果設計繪制的圖案是位圖，就需要把圖片作為3DS MAX視窗背景導入。打開3D MAX，單擊快捷鍵Alt+B，彈出視窗設置（Viewport Configuration）窗口[2]，在彈出的視窗設置窗口中設置參數(shù)項，如圖1所示，只有勾選匹配位圖才能確保位圖長寬比例不失真，然后再找到并載入圖片。這個圖片將作為視窗背景，效果如圖2所示。

使用3D MAX中建立命令面板下屬的二維次對象中的畫線命令按鈕（line），以背景圖片為參照繪制樣條線。畫出的線條通常并不理想，還需要使用修改命令編輯樣條線（Edit Spline）對曲線進行修改。編輯樣條線命令是3D MAX中二維對象操作的核心命令[3]，它所屬的次對象、卷展欄、參數(shù)項比較龐雜，在這個項目中主要對二維線條的次對象點進行操作，以便點控制的線段更貼合參考圖。對點的修改使用右鍵菜單命令如圖3所示，通過平滑、銳化、貝塞爾曲線等調(diào)節(jié)點兩邊線段的形狀。這其中貝塞爾角點（Bezier Corner）是使用頻率最高的命令，該命令可使點兩端產(chǎn)生兩個控制桿，通過操作控制桿可以調(diào)節(jié)點兩端曲線的形狀，而且可以單邊獨立操控，另一邊不受影響。通過調(diào)整，最后繪制出適合打印的樣條線形狀，效果如圖4所示。

接下來就是將二維樣條線通過修改命令擠出（Extrude）生成三維物體。由于是書簽不能太厚，所以根據(jù)所畫樣條線的長寬確定一個厚度值。這里給出一組參考值：長10厘米、寬5厘米，厚1厘米，這個參考值主要是考慮打印出的實物的實際使用，長寬要確保圖案的形狀不變形，厚度如果太薄材質(zhì)不允許，目前打印機的原材料有光敏樹脂、白色尼龍、玻璃纖維等多種，不同材質(zhì)可以接受的最小厚度從0.6毫米到1毫米不等，而另一方面，太厚又不適合做書簽。所以給出了一個折中的參考值，到此一個立體的三維書簽的數(shù)字模型就制作完成了。

如果已經(jīng)在圖形軟件中生成的是矢量圖，那么接下來的工作就更簡單了。以Photshop為例，將圖案的輪廓不論是選區(qū)轉(zhuǎn)路徑或者通道轉(zhuǎn)選區(qū)再轉(zhuǎn)路徑也好，或者總之以路徑的形式導出將圖案以鋼筆路徑的形式導出，在如圖5所示的導出路徑窗口設置保存類型為AI格式，在3DS MAX中導入這個AI格式的文件，使用畫線命令畫一條臨時線條，然后使用修改命令編輯樣條線（Edit Spline）中的次對象樣條線（Spline）層級下的附加（Attach），將導入的線條附加到臨時線條上，讓導入的矢量線轉(zhuǎn)成可以建模的樣條線，然后再刪除臨時線條，按照前面修改樣條線的方法將曲線調(diào)整為適合打印的閉合曲線，再使用擠出命令將二維曲線增加厚度生成三維模型[4]。

需要補充說明的是用于擠出的曲線必須是閉合的，否則不能正常生成三維物體[5]。比如在本項目中水紋和天鵝為了滿足需要制作成一個閉合曲線這一條件，所以調(diào)整和修改局部線條，同時省略了翅膀和嘴部的線條。另外，如果要在一個閉合曲線中制作鏤空效果，可以在閉合曲線中再畫一個曲線，并且不能交叉重疊，然后將兩個曲線附加（Attach）在一起，成為一個整體進行擠出，生成三維實體，這樣里面就能形成鏤空效果，比如本項目中在天鵝輪廓線里在畫一個小圓，然后把小圓附加到天鵝樣條線上，成為一體，然后再擠出，如圖6所示，是眼睛的鏤空效果。

將制作好的模型文件導出為STL格式等能被3D打印機驅(qū)動程序接受的格式。根據(jù)不同廠家打印機的型號不同驅(qū)動程序也不相同。不過在3D打印程序中對模型只能完成簡單的縮放、移動和旋轉(zhuǎn)，因此模型應該在3DS MAX導出前就調(diào)整好長、寬、高尺寸。3D打印機又稱三維打印機（3DP），是一種累積制造技術，即快速成形技術的一種機器，它是一種數(shù)字模型文件為基礎，運用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過打印一層層的黏合材料來制造三維的物體，逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術。3D打印機的原理是把數(shù)據(jù)和原料放進3D打印機中，機器會按照程序把產(chǎn)品一層層造出來[6]。只要設置沒有問題，打印機就能按照數(shù)字模型指示打印出一個完全一樣的實物模型。打印機的工作是逐層打印，因此完成一個常規(guī)尺寸書簽大約需要數(shù)小時的等待。

4 結(jié)束語

3D打印書簽的制作是藝術與技術的結(jié)合，本文從技術層面詳細闡述了3D打印書簽的實現(xiàn)方法。在制作過程中涉及多種應用軟件以及眾多的設施設備，只是制作一個書簽，不免有大材小用之嫌;這也是3D打印技術始終沒有普及到生活中的原因之一。不過3D打印技術在生活中的應用還是非常有前景的，比如說家里的裝飾擺件、花盆等。數(shù)字模型的制作是3D打印的瓶頸，如果模型軟件的普及也能像辦公軟件一樣，那么3D打印技術就能像2D打印一樣進入家庭了。

參考文獻：

[1] 胡彥萍.3D掃描與3D打印技術應用[J].機械工程與自動化，2019（5）：193-194.

[2] 范景澤.3ds Max 2016中文版完全精通自學教程 （全2冊）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2018.

[3] 繆亮，付凡成，范蕓.3ds Max三維動畫制作基礎與上機指導[M].北京：清華大學出版社，2018.

[4] 三維書屋工作室.3ds Max標準實例教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2018.

[5] 火星時代.Autodesk 3ds Max 2012標準培訓教材I[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[6] 3D打印機的技術原理是什么？[EB/OL].[2020-09-20].https：//zhidao.baidu.com/question/1372267096676423739.html.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】