MakerBrush结合激光切割机 设计立体模型
蔡瑞衡 谢作如
学科关键词：数学、艺术、技术
激光切割机是创客空间中的常见造物设备，它利用激光束照射到材料表面时释放的能量，实现对木板、硬纸板、亚克力板等材料的切割或者雕刻操作。相对于3D打印机来说，激光切割机最大的优势是加工速度快、材料便宜，一块A4大小的奥松板经过切割后，就能拼接出很多有趣的结构。
绘制激光切割机加工图纸的软件很多，如LaserMaker、inkscape、Corel DRAW和AutoCAD等。但是，用在平面上绘制图形再拼制出立体的模型的方式，对中小学生来说门槛比较高，因为那样做不仅要考虑切割板材的厚度、面与面之间的配合，还要能够理解二维向三维的空间转换。为此我们测试了很多软件，直到发现了MakerBrush，才总算找到了一个好的解决方案。
● MakerBrush的特点
MakerBrush是一款用“所见即所得”的形式来设计立体模型的软件，为激光切割量身定制。在MakerBrush中，3D模型的构建是依靠一块块平板“拼接”起来的，不管是用3mm还是5mm的板子，使用的建模方式都是相互拼接或者剪去（清除）不要的部分，这和常见的3D建模软件几乎完全不同。这种“积木式”拼、切立体模型的方式不仅直观，还能避免对实物拼接细节考虑不周而导致的误差。
MakerBrush的入门门槛很低，通过面板工具选择确定图形，并对图形选区进行绘制擦除、移动翻转等操作，以此实现模型的搭建。一般来说，经过一两个小时的操作学习，即可掌握基本功能。它的直线连接、自动生成纹理等功能，方便学生做镂空和曲面设计，此外，它还有预制和电子元件库等专业性功能。
● 设计立体模型的一般过程
设计立体模型时，我们会先在脑海中想象实物的模样，画个草图，然后再在计算机上逐一绘制平面。有了MakerBrush后，我们可以直接在软件中利用面与面的配合，构建模型，并全方位查看效果。
第一步，考虑设计模型的尺寸。例如，设计一个手机支架，则需要了解手机的基本长、宽、高，以及摆放在桌面上合适的大小。
第二步，在MakerBrush中创建面。选择一个简单图形作为基本面的形状，如矩形或圆形，并进行内容设计。
第三步，设计面与面的拼接结构（如图1）。激光切割中常用的拼接方式是板子的相互拼插，而不是粘胶。只要将一个面的边缘添加一个小凸起，在另一个面中形成相应的缺口，两块板子即可相互拼插形成立体结构，MakerBrush已为我们设置好了常用板材的厚度，能够自动识别拼插连接。
第四步，组合不同的面。通过移动位置、翻转方面、旋转角度等操作，将绘制好的不同面组合到一起，形成一个整体结构。
第五步，进行装饰与修饰。用其他符号、文字等图案，在模型表面做切割或雕刻的個性美化。
● 典型的激光切割立体作品
1.作品一：桌牌的设计
桌牌的设计是从平面模型到立体建模的第一步。核心问题是让桌牌立在桌面上。在MakerBrush里设计好桌牌，然后在矩形工具右边的菜单设置倒圆角，左边的菜单微调位置，接着在桌牌底部添加一个小凸起。通过在不同角度的查看，对图形进行翻转使其互相垂直并对齐，此时绘制底面，底面会自动识别小凸起，形成拼插结构，具体操作如图2所示。
2.作品二：空气探测器
常见的创客作品，往往是电子元件加创意结构件的组合。MakerBrush中提供各种常见的标准电子元件模型，如DF的电子模块。
以空气探测器为例，首先从电子元件库里选择相应零件，然后设计一个好看的外观，可以用圆形、方形、圆弧来组合成自己想要的形状。结合图形，给传感器和显示屏留个开口，开口可以用形状来擦除。复制一个一样的外形做背面，嵌入传感器的固定件，再做几个可以拼插的底面或侧面，方便组装成盒子，具体操作如图3所示。
● MakerBrush学习路径
按照循序渐进的学习理念，我们建议MakerBrush的学习可以分为五个阶段，即平面绘制、三维建模、创意结构（结构件）、电子智造（电子元件）和综合作品，如下页表所示。
“创意物化”能力是《中小学综合实践活动课程指导纲要》中提出的四大能力之一，即要让学生积极参与动手操作实践，熟练掌握多种操作技能，能够综合运用技能解决生活中的复杂问题。以激光切割机为工具，设计并加工各种创意立体模型，是综合实践活动中的“设计制作”重要的活动选题方向。这类活动的实施过程安全、快速，实施成本低廉，能有效增强学生的创意设计、动手操作、技术应用和物化能力。MakerBrush软件很好地降低了中小学生设计立体模型的技术门槛，其所见即所得的特征，让教学变得更加生动有趣，值得教师们积极尝试。
