OpenSCAD — 脚本式 CAD

待复核

是什么

OpenSCAD 是一个用代码写 3D 零件的 CAD 工具。日常类比：普通 CAD 像捏橡皮泥，你用鼠标拖、拉、切；OpenSCAD 像写菜谱，你写清楚“先放一个盒子，再挖一个洞，再把四个柱子放到角上”，电脑按菜谱生成模型。

它不把“画图”当成主要入口，而是把 .scad 脚本编译成 STL、3MF、DXF、PNG 等结果。因此它很适合程序员、工程小零件、3D 打印参数化模型。

最小例子：

wall = 2;
difference() {
  cube([40, 30, 12]);
  translate([wall, wall, wall])
    cube([40 - 2*wall, 30 - 2*wall, 12]);
}

这段代码先做一个长方体，再从里面挖掉一个稍小的长方体，得到一个开口盒子。你把 40 改成 60，整个盒子会重新计算，而不是手动拉一堆面。

为什么重要

不理解 OpenSCAD，下面这些事很难解释：

为什么 3D 打印社区喜欢把模型做成“可输入参数”的生成器，而不是只发一个固定 STL
为什么程序员能用 Git 管理机械模型，像管理代码一样 review 结构变化
为什么一个外壳可以批量生成 20 种尺寸，只改变量不重画
为什么 CAD 不一定要靠鼠标，布尔运算和函数也能成为建模方式

更直接的价值：

代码即模型：尺寸、孔位、倒角逻辑都在文本里，便于复用和 diff。
参数化很自然：一个 width = 80 可以影响外壳、盖子、螺丝柱、开孔。
命令行可自动化：CI 或脚本可以批量导出 STL / PNG，不必人工点菜单。

核心要点

OpenSCAD 的思路可以拆成三件事：

用积木搭形状。cube()、cylinder()、sphere() 是基础积木；translate()、rotate()、scale() 负责搬动和缩放。类比：乐高零件先摆到正确位置，再组合。
用布尔运算做加工。union() 是粘在一起，difference() 是拿刀挖掉，intersection() 是只保留重叠部分。类比：木工先切料，再钻孔，再把能用的部分留下。
用模块和参数复用设计。module standoff(h, d) 可以定义一个螺丝柱，之后四个角反复调用。类比：先做一个印章，再在需要的位置盖很多次。

这三件事加起来，就是“脚本式 CAD”：你不是直接移动一个面，而是在描述生成这个面的规则。

实践案例

案例 1：给传感器板做可调外壳

真实场景：Room133 这类自制传感器板需要不同外壳，有的有 OLED，有的有雷达窗口，有的只需要 USB 开孔。OpenSCAD 适合把外壳尺寸、孔位、螺丝柱都写成参数。

inner = [70, 45, 22];
wall = 2.4;
usb = [12, 7];

module shell() {
  difference() {
    cube(inner + [2*wall, 2*wall, wall]);
    translate([wall, wall, wall])
      cube(inner + [0, 0, 1]);
    translate([30, -1, 9])
      cube([usb[0], wall + 2, usb[1]]);
  }
}

shell();

逐部分解释：

inner 是电路板和线材需要的内部空间，换板子时先改它
difference() 的第二个 cube() 把盒子掏空
USB 开孔是一个穿过前壁的小长方体，位置和尺寸都能被参数控制

案例 2：给机械件生成标准螺丝孔

真实场景：Thingiverse 上有 OpenSCAD Screw Holes 这类库，专门把 DIN / ISO 螺丝头、沉头孔、通孔封装成模块。你不用每次背 M3 螺丝头多宽，只要调用库函数。

include <screw_holes.scad>

difference() {
  cube([50, 30, 8], center = true);
  translate([-15, 0, -4])
    screw_hole(DIN965, M3, 12, 6);
  translate([15, 0, -4])
    screw_hole(DIN965, M3, 12, 6);
}

逐部分解释：

外层 cube() 是要打印的连接板
两个 screw_hole() 是被减掉的负形状，打印后就留下螺丝孔
translate() 控制孔距；孔距变成参数后，同一块板能生成多种版本

案例 3：命令行批量导出多个 STL

真实场景：一个模型经常要导出“底座、盖子、整体预览”三种结果。OpenSCAD 支持 -D 在命令行覆盖变量，再用 -o 导出文件。

PART = "all"; // [all, base, lid]

module base() { cube([60, 40, 8]); }
module lid()  { translate([0, 0, 10]) cube([60, 40, 3]); }

if (PART == "base") base();
if (PART == "lid") lid();
if (PART == "all") { base(); lid(); }

openscad -D 'PART="base"' -o base.stl box.scad
openscad -D 'PART="lid"'  -o lid.stl box.scad
openscad -D 'PART="all"'  -o preview.png --imgsize 1200,900 box.scad

逐部分解释：

.scad 文件只维护一份，导出哪个零件由 PART 决定
-D 像临时改配置，不需要复制三份模型文件
preview.png 可以放到 README 或模型发布页，让别人先看效果

踩过的坑

变量不能像普通程序一样反复修改：OpenSCAD 更像公式表，x = x + 1 不是循环累加；要用 for、列表推导或函数表达关系。
F5 预览不等于 F6 渲染：预览快但可能有 OpenGL 假象；真正导出 STL 前要完整 render。
差集切面刚好重合会闪烁或失败：挖洞的负形状要多伸出 0.01，给布尔运算留出明确交叠。
导入的 STL 不干净会消失：非 manifold、零面积面、翻转面会让 CGAL 报错；先用 MeshLab、Blender 或切片软件修复。

适用 vs 不适用场景

适用：

3D 打印小零件：支架、盒子、垫片、治具、齿轮、螺丝孔模板
尺寸经常变化的模型：同一设计导出不同长度、孔距、壁厚
需要 Git / CI / 命令行自动化的 CAD 流程
会写一点代码、愿意用参数表达结构的人

不适用：

角色、雕塑、曲面美术模型；Blender 这类交互建模更合适
强约束草图、装配关系、工程图出图；FreeCAD / Fusion 360 更完整
需要边拖边感受形状的探索设计；纯脚本反馈会慢
超复杂布尔和高面数模型；完整渲染可能很慢

历史小故事（可跳过）

2009 年前后：Marius Kintel 和 Clifford Wolf 推动 OpenSCAD 成形，目标是给程序员一个可脚本化的实体 CAD。
2010 年代：RepRap 和桌面 3D 打印社区扩张，参数化 STL 需求变强，OpenSCAD 逐渐成为常用工具。
2019.05 / 2021.01：稳定版本长期被社区使用，许多教程、库和模型站围绕这些版本写示例。
近几年：BOSL2、NopSCADlib、threads.scad 等库把常见机械结构封装起来，OpenSCAD 更像一个可扩展生态。

学到什么

CAD 也可以是程序：模型不是鼠标操作记录，而是一组可读、可复用、可版本管理的生成规则。
参数化的核心是关系：写死数字只是脚本；让孔位、外壳、盖子跟着尺寸一起变化，才是设计。
布尔运算是建模的基础语法：加、减、交三个动作足够做出大量实用零件。
自动化改变 CAD 工作流：能命令行导出后，模型可以进入 Makefile、CI、发布脚本。

关联

blender —— Blender 偏艺术和动画建模，和 OpenSCAD 的工程脚本路线形成对照
open3d —— Open3D 处理点云和几何算法，关注“已有 3D 数据怎么计算”
threejs —— Three.js 把 3D 模型放进浏览器展示，常接 STL / glTF 这类产物
picogl —— PicoGL 贴近 WebGL 渲染层，解释模型最终如何被画到屏幕上
grbl —— GRBL 控制 CNC 机器，和 OpenSCAD 一样把制造流程变成文本指令
nix —— Nix 的可复现构建思想，和 OpenSCAD 的“文本生成产物”有相似味道

反向链接

kicad —— KiCad — 电子电路 CAD
librecad —— LibreCAD — 2D 工程绘图

OpenSCAD — 脚本式 CAD

是什么

为什么重要

核心要点

实践案例

案例 1：给传感器板做可调外壳

案例 2：给机械件生成标准螺丝孔

案例 3：命令行批量导出多个 STL

踩过的坑

适用 vs 不适用场景

历史小故事（可跳过）

学到什么

延伸阅读

关联

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