盡管在過(guò)去10年里，3D打印已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，比如可以實(shí)現(xiàn)多材料打印，制造強(qiáng)大的功能對(duì)象等，但是，由于沒(méi)有用戶(hù)友好的使用界面，對(duì)于很多非程序員來(lái)說(shuō)，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)由多種材料（或材料的混合物）制成的對(duì)象仍然是一件很有挑戰(zhàn)性的事情。

如今，這一障礙有望得到解決。本周，來(lái)自麻省理工學(xué)院（MIT）計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）一支研究團(tuán)隊(duì)將推出“Foundry”，這是一個(gè)可自定義設(shè)計(jì)各種基于多材料的3D打印對(duì)象的軟件。

研究人員使用Foundry軟件設(shè)計(jì)、3D打印的多材料乒乓球拍

“在傳統(tǒng)制造業(yè)，包含不同材料的對(duì)象通常是通過(guò)分別單獨(dú)制造、然后再組裝/焊接/粘結(jié)在一起的。”該論文的第一作者、博士生Kiril Vidim?e說(shuō)“即使是當(dāng)前的多材料3D打印機(jī)也有相似的工作流程——部件先在傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)中一次設(shè)計(jì)完成，然后打印軟件允許用戶(hù)將單個(gè)的材料分配給每個(gè)部件。”

研究人員使用Foundry軟件設(shè)計(jì)、3D打印的骨骼

相比之下，Foundry允許用戶(hù)在前所未有的精細(xì)分辨率條件下改變屬性。

“這就像針對(duì)3D材料的Photoshop，你可以用它設(shè)計(jì)出由全新復(fù)合材料制成的對(duì)象，該材料會(huì)有最優(yōu)的機(jī)械、熱學(xué)和導(dǎo)電性能。”Vidim?e說(shuō)：“你唯一的限制是自己的創(chuàng)造力?！?/span>

為了展示該軟件的功能，研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)乒乓拍、帶反光表面的滑雪板、三輪車(chē)車(chē)輪、頭盔，甚至還有可用于外科手術(shù)規(guī)劃的骨骼。

研究人員使用Foundry軟件設(shè)計(jì)、3D打印的多材料滑雪板

使用現(xiàn)有設(shè)計(jì)工具來(lái)重新設(shè)計(jì)多材料對(duì)象往往需要一位經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師花費(fèi)很多天時(shí)間——而且有些設(shè)計(jì)可能完全無(wú)法實(shí)現(xiàn)。但是Foundry軟件可以讓您在幾分鐘內(nèi)完成這些設(shè)計(jì)。

此項(xiàng)研究論文的合著者包括MIT教授Wojciech Matusik和他在計(jì)算制造組里的學(xué)生：博士研究生Alexandre Kaspar和前研究生Ye Wang。該論文將會(huì)于本周晚些時(shí)候在東京舉辦的計(jì)算設(shè)備用戶(hù)界面軟件與技術(shù)專(zhuān)題討論會(huì)（UIST）上公布。

Foundry是如何工作的

當(dāng)下的多材料3D打印機(jī)主要用于原型，這是因?yàn)槟壳笆褂玫牟牧喜⒉皇欠浅?shí)用。用戶(hù)通常先創(chuàng)建初步模型，再作出快速的調(diào)整，然后重新打印它們。

而Foundry則是作為幫助創(chuàng)建這種多材料對(duì)象的一個(gè)“界面”。要使用它，您首先需要在傳統(tǒng)的CAD軟件（像SolidWorks等）中設(shè)計(jì)出對(duì)象。當(dāng)該設(shè)計(jì)文件被輸出后，您就可以通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)“操作元圖（operator graph）”來(lái)確定對(duì)象的組成，這個(gè)“操作元圖”中會(huì)包括大約100種微調(diào)動(dòng)作的任何一個(gè)，這些微調(diào)動(dòng)作被稱(chēng)為稱(chēng)為“操作元（operator）”。

這些“操作元”可以“細(xì)分（subdivide）”、“重新映射（remap）”或“分配（assign）”材料。有些“操作元”只是將對(duì)象劃分為兩個(gè)或更多不同的材料，而還有的“操作元”會(huì)實(shí)現(xiàn)從一種材料到另一種材料的逐步過(guò)渡。

Foundry可以混合和匹配任意組合材料，并將特定屬性分配給不同的對(duì)象，或者結(jié)合不同“操作元”創(chuàng)造出新對(duì)象。

例如，如果您想制造一個(gè)兼具剛性和彈性的立方體，那么您就可以分配一個(gè)“剛性操作元”使一部分變硬，以及一個(gè)“彈性操作元”使另一部分變彈性，還有一個(gè)“梯度操作元”來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種材料之間的逐步過(guò)渡。

用戶(hù)可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中隨時(shí)預(yù)覽，而不是在打印完成后才能夠看到是什么樣子。

系統(tǒng)測(cè)試

為了測(cè)試Foundry軟件，研究人員找了一些非設(shè)計(jì)師作為測(cè)試人員。這些測(cè)試人員需要以多材料的形式重現(xiàn)三個(gè)不同的對(duì)象：一只泰迪熊、骨結(jié)構(gòu)和帶輪胎的車(chē)輛。研究人員只是花了一個(gè)小時(shí)的時(shí)間做說(shuō)明解釋?zhuān)瑴y(cè)試人員就設(shè)計(jì)出了骨、帶輪胎車(chē)輪和泰迪熊，平均花費(fèi)的時(shí)間分別是56、48和26分鐘。

除了進(jìn)行用戶(hù)研究之外，團(tuán)隊(duì)也還為一輛童車(chē)設(shè)計(jì)了一種特殊的車(chē)輪（見(jiàn)下圖）。這個(gè)車(chē)輛使用了一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)以最大化橫向強(qiáng)度；以及一種泡沫外輪來(lái)增加舒適性。

該研究得到了美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金（NSF）的資助。

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